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【摘 要】车内噪声的控制水平直接反映了整车NVH性能，在整车开发的不同阶段，针对车内噪声有不同的分析诊断方法。对已处在样车阶段的车内噪声问题，文章提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的优化方法：针对某微型车车内加速轰鸣声大的问题，运用该方法成功确定了主要问题为传動系激励，通过传动轴安装点传递到车身而产生，最后通过仿真优化与试验相结合的方式成功解决了问题。
【关键词】整车NVH；传递路径试验与仿真分析；车内噪声优化
【中图分类号】U467.493 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）04-0063-05
0 引言
在整车的开发过程中，不同的开发阶段需要运用不同的技术开发流程，这样不仅可以有效地缩短开发周期、节约开发成本，而且可以更加准确地处理开发过程中遇到的问题。车内噪声的有效控制直接反映出整车的NVH性能。车内噪声过大会直接影响到驾驶员与乘客的乘坐感受。车内的噪声控制一直是国内外许多学者研究的对象，其中，杨磊等人[1]研究了通过建立客车仿真模型计算结构噪声传递函数（NTF）及实车测试ODS获得板件振动相结合的方式，并根据FRF理论，从而判断主要贡献板件，进而解决车内噪声。陈书明等人[2]通过建立车内噪声FE-D+SEA混合模型，可以在整车开发过程中成功预测车内噪声。郭荣等人[3]介绍了传递路径分析的基本原理及在试验中传递函数和激励力的测试方法，详细阐述了基于TPA试验分析方法的应用。王彬星等人[4]以TPA方法为基础，提出了车内噪声传递率的方法，运用该方法可以有效地分析车内噪声的声源贡献率。
在整车开发过程中，具备样车的开发阶段，本文提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化方法，并对某微车型成功应用：针对某微型车在路试阶段出现的中高速车内轰鸣声大的问题，首先采用了基于传递路径试验与仿真分析的方法，通过传递路径试验分析排除路面激励的影响，确定激励源为动力总成，进而对各传递路径仿真分析，确定传动系统为主要传递路径。其次对传动轴中间支撑进行实测，并与仿真结果进行综合对比，得到传动轴中间支撑横梁振动与轰鸣声频谱基本一致，从而确定问题点。最后综合运用仿真优化与实车验证，通过优化传动轴横梁，提升传动轴中间支撑安装点的噪声传递函数，来降低加速轰鸣声。经实车试验确认，改进后的传动轴安装点噪声传函达到目标设定要求，加速噪声主观评价无轰鸣。
1 基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化流程
本文提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化方法，通过该方法成功地解决了某微型车的车内加速噪声问题。其中，基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化流程图如图1所示。
确定激励源：通过实车测试确定激励源，主要采用多工况的测试方法，例如通过对比光滑路面与粗糙路面的车内噪声测试结果，排除路面激励，或通过对滑行测试排除发动机激励的影响等。
激励源传递至车内噪声路径：车内噪声主要由路面激励、发动机激励与风的激励引起，激励源一旦确认，则只需对传递路径进行分析。
确定主要传递路径：对主要传递路径进行仿真分析，结构噪声传递具有一定的传递路径。针对不同激励源，传递路径具有各自的特点，通过对传递路径关键点的NTF进行仿真结果对比分析，可以初步确定主要的传递路径。
确认问题点：对主要传递路径中的关键点处进行振动加速度实车测试，同时实车测试车内噪声，对测试结果进行对比分析，从而确定问题点。
优化与验证：通过仿真的方式提出优化方案，通过实车验证优化方案的效果，最终解决车内噪声问题。
2 传递路径分析方法原理
在整车的设计开发过程中，传递路径分析方法得到了越来越多的应用。传递路径模型一般由激励源、传递路径和响应3个部分组成，其模型如图2所示。
传递路径分析方法主要包括传统的TPA方法、工况传递路径分析（OTPA）、新型传递路径分析（OPAX）、统计频率的传递路径分析。
各种分析方法各有优、缺点，但传递路径分析方法都是基于一个假设：来自不同传递路径的所有部分贡献量构成了总的响应，即
Pk=∑iPik（1）
公式（1）中：Pk是测试点k处的总声压（响应），Pik是传递路径i对测试点k处总声压的部分贡献。
Pik=Hik×Sik（2）
公式（2）中：Hik是传递路径i传递至测试点k处的传递函数，Sik为i传递路径的实际的激励。
由上述分析可知，为了有效地控制响应，可以通过优化激励源与传递路径2种途径。在整车的实际开发过程中，已具备样车阶段时，激励源难以更改，主要通过对主要传递路径进行优化的方法，使车内NVH性能得到满足。
3 车内噪声的主要结构传递路径
针对车内噪声的问题，主要包含3种激励源：发动机激励、路面激励及风激励。针对结构传递噪声，其传递到车内的噪声主要传递路径如图3所示。
在已经具备样车阶段，通过实车测试可以运用排除法确定激励源，仿真模型已经建立完成，可以通过仿真技术，对主要传递路径进行初步排查，从而确定主要传递路径，为进一步确认问题点提供依据。
4 算例
4.1 问题背景
某微型车在样车阶段，出现加速到2 500 rmp附近车内轰鸣声明显的问题，极大地影响了加速声品质，主观感受较差，需要进行问题分析并优化解决。
4.2 激励源确认
对样车车内噪声进行实车测试，光滑路面下全油门加速车内噪声测试结果如图4（a）所示。
由加速噪声曲线知，在2 500 rmp附近车内后排声压超过70 dB，主观轰鸣声明显，不满足设计要求。确认问题转速为2 450～2 650 rpm。 对2 500 rmp问题进行频谱分析，其频谱图如图4（b）所示。
由2 500 rpm频谱可知，轰鸣声的问题分别为发动机二阶80 Hz、四阶160 Hz及轮胎空腔模态260 Hz。由于轮胎空腔模态无法改變，故此问题忽略。
4.3 问题激励源的排查
由于加速到2 500 rmp时，车速较慢，可以初步排除为风噪的影响。从而得出激励源主要是发动机激励或者是路面激励。通过对比加速与减速的测试结果可知，减速工况在2 500 rmp附近的噪声没有峰值，从而可以确定此轰鸣声峰值与路面激励关系不大，从而确定激励源为动力总成。
4.4 主要传递路径排查
动力总成激励主要的传递路径有以下几种：通过悬置系统可以将激励传递至车身，从而引起车内噪声；通过排气系统将激励传递至车身，从而引起车内噪声；通过传动系统将激励传递至车身，从而引起车内噪声。
对于传递路径的排查，如果采用实车测试的方法，会耗费大量的人力、物力和时间。由于目前已经是样车阶段，仿真模型已经建立完成，而且该模型和样车已经进行过性能结果对比，从而仿真模型可以用于对主要传递路径的排查。对主要传递路径的底盘硬点传递至车内噪声的NTF进行仿真分析，如图5所示。
通过仿真分析可知，悬置安装点、后桥摆臂安装点及排气吊钩安装点NTF基本可达到60 dB，可以可以排除悬置、后桥及排气系统这几条主要传递路径，而传动轴的中间支撑点传递至车内噪声的NTF不满足设计要求，从而可以初步判定主要的传递路径为传动轴。
4.5 问题点确认
为了更进一步地确定传递轴中间支撑安装点为问题点，需要对实车进行测试。试验测试设备主要包括测试前端、加速度传感器、麦克风传感器及测试电脑。此次测试前端采用的是LMS的数据采集前端，测试软件采用的是LMS Test. Lab。试验为整车状足，被测车辆为空车，车内仅有标准设备、试验仪器及必要人员。试验时，被测车辆的所有门窗、通风进出口均关闭，车内刮水器、通风扇及空调等装置都不应开动。环境气温为10～30 ℃，实时风速低于3 m/s。测试路面为光滑路面，工况为5挡全油门加速，测试传动轴中间支撑安装点的振动加速度。由测试结果[图6（a）]可知，传动轴中间支撑安装点的被动端振动频率与车内噪声频率（160 Hz）吻合，从而可以初步判断主要的问题点为传动系统的传动轴中间支撑。中间支撑被动侧振动过大可能是因为局部动刚度不足所致，其动刚度如图6（b）所示。由图6（b）可知，在问题频率下，传动轴中间支撑处动刚度不足[5]，需要对中间支撑进行局部的动刚度优化。
4.6 仿真优化
通过仿真优化，对中间支撑的局部动刚度进行分析，其原状态与新方案如图7所示。
其中，原方案中间支撑的板厚为2 mm，优化方案中，中间支撑横梁下底板板厚为3 mm，且进行翻边处理，从而达到对其动刚度提升的目的。在整车模型中进行仿真分析，其结果对比如图8所示，动刚度和NTF提升效果明显。
4.7 实车方案验证
按照仿真结果提出的优化方案，对传动轴中间支撑横梁进行改制，并对中间支撑处振动加速度和车内噪声进行实车测试，将测试结果与原状态进行对比，对比结果分别如图9所示。
由测试结果可知，优化方案有效：相比于原状态，传动轴中间支撑横梁Z向总体振动明显降低，且在对应频率处改善明显，后排噪声在2 500 rmp附近下降至2～4 dB（A）。
5 结论
（1）本文提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的加速噪声优化方法，并且通过该方法成功解决了某微型车车内加速噪声问题，说明了该方法的可行性和优越性。
（2）通过对某微型车车内加速噪声的解决，详细阐述了基于传递路径试验与仿真分析方法的流程，对后续工程问题的解决有一定的借鉴意义。
参 考 文 献
[1]杨磊，邓松，杨双.NTF、ODS、PFP确定车内噪声贡献面板方法[J].噪声与振动，2016，36（2）：108-111.
[2]陈书明，王登峰，曹晓琳，等.车内噪声FE-SEA混合建模及分析方法[J].振动工程学报，2010，23（2）：140-
144.
[3]郭荣，万钢，赵艳，等.车内噪声传递路径分析方法探讨[J].振动、测试与诊断，2007，27（3）：199-203.
[4]王彬星，郑四发，李传兵，等.车内噪声传递率建模及计算[J].振动、测试与诊断，2014，34（4）：693-698.
[5]廖毅，吕兆平.基于悬置支架动刚度分析的整车NVH性能分析及改进[J].企业科技与发展，2012，10（5）：
18-21.
【关键词】整车NVH；传递路径试验与仿真分析；车内噪声优化
【中图分类号】U467.493 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）04-0063-05
0 引言
在整车的开发过程中，不同的开发阶段需要运用不同的技术开发流程，这样不仅可以有效地缩短开发周期、节约开发成本，而且可以更加准确地处理开发过程中遇到的问题。车内噪声的有效控制直接反映出整车的NVH性能。车内噪声过大会直接影响到驾驶员与乘客的乘坐感受。车内的噪声控制一直是国内外许多学者研究的对象，其中，杨磊等人[1]研究了通过建立客车仿真模型计算结构噪声传递函数（NTF）及实车测试ODS获得板件振动相结合的方式，并根据FRF理论，从而判断主要贡献板件，进而解决车内噪声。陈书明等人[2]通过建立车内噪声FE-D+SEA混合模型，可以在整车开发过程中成功预测车内噪声。郭荣等人[3]介绍了传递路径分析的基本原理及在试验中传递函数和激励力的测试方法，详细阐述了基于TPA试验分析方法的应用。王彬星等人[4]以TPA方法为基础，提出了车内噪声传递率的方法，运用该方法可以有效地分析车内噪声的声源贡献率。
在整车开发过程中，具备样车的开发阶段，本文提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化方法，并对某微车型成功应用：针对某微型车在路试阶段出现的中高速车内轰鸣声大的问题，首先采用了基于传递路径试验与仿真分析的方法，通过传递路径试验分析排除路面激励的影响，确定激励源为动力总成，进而对各传递路径仿真分析，确定传动系统为主要传递路径。其次对传动轴中间支撑进行实测，并与仿真结果进行综合对比，得到传动轴中间支撑横梁振动与轰鸣声频谱基本一致，从而确定问题点。最后综合运用仿真优化与实车验证，通过优化传动轴横梁，提升传动轴中间支撑安装点的噪声传递函数，来降低加速轰鸣声。经实车试验确认，改进后的传动轴安装点噪声传函达到目标设定要求，加速噪声主观评价无轰鸣。
1 基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化流程
本文提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化方法，通过该方法成功地解决了某微型车的车内加速噪声问题。其中，基于传递路径试验与仿真分析的车内噪声优化流程图如图1所示。
确定激励源：通过实车测试确定激励源，主要采用多工况的测试方法，例如通过对比光滑路面与粗糙路面的车内噪声测试结果，排除路面激励，或通过对滑行测试排除发动机激励的影响等。
激励源传递至车内噪声路径：车内噪声主要由路面激励、发动机激励与风的激励引起，激励源一旦确认，则只需对传递路径进行分析。
确定主要传递路径：对主要传递路径进行仿真分析，结构噪声传递具有一定的传递路径。针对不同激励源，传递路径具有各自的特点，通过对传递路径关键点的NTF进行仿真结果对比分析，可以初步确定主要的传递路径。
确认问题点：对主要传递路径中的关键点处进行振动加速度实车测试，同时实车测试车内噪声，对测试结果进行对比分析，从而确定问题点。
优化与验证：通过仿真的方式提出优化方案，通过实车验证优化方案的效果，最终解决车内噪声问题。
2 传递路径分析方法原理
在整车的设计开发过程中，传递路径分析方法得到了越来越多的应用。传递路径模型一般由激励源、传递路径和响应3个部分组成，其模型如图2所示。
传递路径分析方法主要包括传统的TPA方法、工况传递路径分析（OTPA）、新型传递路径分析（OPAX）、统计频率的传递路径分析。
各种分析方法各有优、缺点，但传递路径分析方法都是基于一个假设：来自不同传递路径的所有部分贡献量构成了总的响应，即
Pk=∑iPik（1）
公式（1）中：Pk是测试点k处的总声压（响应），Pik是传递路径i对测试点k处总声压的部分贡献。
Pik=Hik×Sik（2）
公式（2）中：Hik是传递路径i传递至测试点k处的传递函数，Sik为i传递路径的实际的激励。
由上述分析可知，为了有效地控制响应，可以通过优化激励源与传递路径2种途径。在整车的实际开发过程中，已具备样车阶段时，激励源难以更改，主要通过对主要传递路径进行优化的方法，使车内NVH性能得到满足。
3 车内噪声的主要结构传递路径
针对车内噪声的问题，主要包含3种激励源：发动机激励、路面激励及风激励。针对结构传递噪声，其传递到车内的噪声主要传递路径如图3所示。
在已经具备样车阶段，通过实车测试可以运用排除法确定激励源，仿真模型已经建立完成，可以通过仿真技术，对主要传递路径进行初步排查，从而确定主要传递路径，为进一步确认问题点提供依据。
4 算例
4.1 问题背景
某微型车在样车阶段，出现加速到2 500 rmp附近车内轰鸣声明显的问题，极大地影响了加速声品质，主观感受较差，需要进行问题分析并优化解决。
4.2 激励源确认
对样车车内噪声进行实车测试，光滑路面下全油门加速车内噪声测试结果如图4（a）所示。
由加速噪声曲线知，在2 500 rmp附近车内后排声压超过70 dB，主观轰鸣声明显，不满足设计要求。确认问题转速为2 450～2 650 rpm。 对2 500 rmp问题进行频谱分析，其频谱图如图4（b）所示。
由2 500 rpm频谱可知，轰鸣声的问题分别为发动机二阶80 Hz、四阶160 Hz及轮胎空腔模态260 Hz。由于轮胎空腔模态无法改變，故此问题忽略。
4.3 问题激励源的排查
由于加速到2 500 rmp时，车速较慢，可以初步排除为风噪的影响。从而得出激励源主要是发动机激励或者是路面激励。通过对比加速与减速的测试结果可知，减速工况在2 500 rmp附近的噪声没有峰值，从而可以确定此轰鸣声峰值与路面激励关系不大，从而确定激励源为动力总成。
4.4 主要传递路径排查
动力总成激励主要的传递路径有以下几种：通过悬置系统可以将激励传递至车身，从而引起车内噪声；通过排气系统将激励传递至车身，从而引起车内噪声；通过传动系统将激励传递至车身，从而引起车内噪声。
对于传递路径的排查，如果采用实车测试的方法，会耗费大量的人力、物力和时间。由于目前已经是样车阶段，仿真模型已经建立完成，而且该模型和样车已经进行过性能结果对比，从而仿真模型可以用于对主要传递路径的排查。对主要传递路径的底盘硬点传递至车内噪声的NTF进行仿真分析，如图5所示。
通过仿真分析可知，悬置安装点、后桥摆臂安装点及排气吊钩安装点NTF基本可达到60 dB，可以可以排除悬置、后桥及排气系统这几条主要传递路径，而传动轴的中间支撑点传递至车内噪声的NTF不满足设计要求，从而可以初步判定主要的传递路径为传动轴。
4.5 问题点确认
为了更进一步地确定传递轴中间支撑安装点为问题点，需要对实车进行测试。试验测试设备主要包括测试前端、加速度传感器、麦克风传感器及测试电脑。此次测试前端采用的是LMS的数据采集前端，测试软件采用的是LMS Test. Lab。试验为整车状足，被测车辆为空车，车内仅有标准设备、试验仪器及必要人员。试验时，被测车辆的所有门窗、通风进出口均关闭，车内刮水器、通风扇及空调等装置都不应开动。环境气温为10～30 ℃，实时风速低于3 m/s。测试路面为光滑路面，工况为5挡全油门加速，测试传动轴中间支撑安装点的振动加速度。由测试结果[图6（a）]可知，传动轴中间支撑安装点的被动端振动频率与车内噪声频率（160 Hz）吻合，从而可以初步判断主要的问题点为传动系统的传动轴中间支撑。中间支撑被动侧振动过大可能是因为局部动刚度不足所致，其动刚度如图6（b）所示。由图6（b）可知，在问题频率下，传动轴中间支撑处动刚度不足[5]，需要对中间支撑进行局部的动刚度优化。
4.6 仿真优化
通过仿真优化，对中间支撑的局部动刚度进行分析，其原状态与新方案如图7所示。
其中，原方案中间支撑的板厚为2 mm，优化方案中，中间支撑横梁下底板板厚为3 mm，且进行翻边处理，从而达到对其动刚度提升的目的。在整车模型中进行仿真分析，其结果对比如图8所示，动刚度和NTF提升效果明显。
4.7 实车方案验证
按照仿真结果提出的优化方案，对传动轴中间支撑横梁进行改制，并对中间支撑处振动加速度和车内噪声进行实车测试，将测试结果与原状态进行对比，对比结果分别如图9所示。
由测试结果可知，优化方案有效：相比于原状态，传动轴中间支撑横梁Z向总体振动明显降低，且在对应频率处改善明显，后排噪声在2 500 rmp附近下降至2～4 dB（A）。
5 结论
（1）本文提出了一种基于传递路径试验与仿真分析的加速噪声优化方法，并且通过该方法成功解决了某微型车车内加速噪声问题，说明了该方法的可行性和优越性。
（2）通过对某微型车车内加速噪声的解决，详细阐述了基于传递路径试验与仿真分析方法的流程，对后续工程问题的解决有一定的借鉴意义。
参 考 文 献
[1]杨磊，邓松，杨双.NTF、ODS、PFP确定车内噪声贡献面板方法[J].噪声与振动，2016，36（2）：108-111.
[2]陈书明，王登峰，曹晓琳，等.车内噪声FE-SEA混合建模及分析方法[J].振动工程学报，2010，23（2）：140-
144.
[3]郭荣，万钢，赵艳，等.车内噪声传递路径分析方法探讨[J].振动、测试与诊断，2007，27（3）：199-203.
[4]王彬星，郑四发，李传兵，等.车内噪声传递率建模及计算[J].振动、测试与诊断，2014，34（4）：693-698.
[5]廖毅，吕兆平.基于悬置支架动刚度分析的整车NVH性能分析及改进[J].企业科技与发展，2012，10（5）：
18-21.