智能系统：动力总成振动对车内噪声的传递路径影响

第7卷第2期 智能系统学报 Vol.7 No.2 2012年4月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Apr.2012 D0I:10.3969/j.issn.1673-4785.201111013 网络出版t地址：htp://www.cnki.net/kcma/detail/23.1538.TP.20120315.0748.001.html 动力总成振动对车内噪声的传递路径影响 李未，李庆华 (长春大学机械工程学院，吉林长春130022) 摘要：为了研究动力总成振动对车内噪声的影响，在介绍传递路径分析基本原理的基础上，利用LMS/TPA软件， 针对某轿车车内噪声存在问题的工况，以动力总成振动激励对车内噪声的传递路径分析为例，详述了传递路径分析 的方法和步骤，并对影响车内噪声的动力总成悬置振动的主要传递路径进行了分析识别.结果表明，车内噪声主要 是由动力总成振动激励引起，且动力总成右悬置Z向振动激励对车内噪声的贡献量较大.要降低该车型在上述工况 下的车内噪声，应重点对动力总成右悬置Z向的隔振性能进行改进：运用传递路径分析方法不仅可以识别出各传递 路径贡献量的幅值大小，还可以得到各贡献量幅值之间的相位关系，从而为动力总成各悬置设计提供依据. 关键词：传递路径分析(TPA):振动源识别：动力总成振动：车内噪声 中图分类号：TP18文献标志码：A文章编号：16734785(2012)02018306 Transfer path analysis of power train vibration on automotive interior noise LI Wei,LI Qinghua (Mechanical Engineering College,Changchun University,Changchun 130022,China) Abstract:In order to research the influence of power train vibration on automotive interior noise,the principle of transfer path analysis (TPA)was introduced.The automotive interior noise which is caused by power train excita- tion was considered.The method and procedure of TPA were studied using LMS/TPA software.The dominant transfer path of mount vibration which has an influence on the interior noise was identified.The results show that the power train excitation influences the interior noise most,and the right mount in the Z direction has the most in- fluence on interior noise.In order to reduce interior noise under this condition,the emphasis should be put on the right mount in order to better improve isolation performance.By applying the TPA method,the amplitude of every transfer paths partial contribution was identified and the phase relationship among the contribution amplitudes was given.This paper provides a basis for the design of power train mounts. Keywords:transfer path analysis;vibration source identification;powen train libration;automotive interior noise 汽车的产品开发设计过程中，轿车内的中低频进而激发车内噪声121.因此，研究悬置对车内噪声 结构噪声是影响车辆乘坐舒适性的主要因素之一. 的影响，准确识别出动力总成振动到车内噪声影响 路面不平、动力总成系统振动以及底盘部件等引起 较大的传递路径，并对悬置改进设计提出行之有效 的噪声不仅会给车内乘员带来疲劳和不适，也是城 的方案，以便提高动力总成悬置的隔振性能，降低振 市环境噪声的主要来源.产生车内噪声的因素很多， 动的传递，减小车内噪声，达到提高车辆乘坐舒适性 动力总成是车内噪声的重要噪声源之一.发动机运 的目的 转时产生的振动通过悬置传至副车架，再传至车身， 利用传递路径分析(transfer path analysis,TPA)》 方法，通过实车试验和分析，可以迅速、有效地识别 收稿日期：2011-11-18.网络出版日期：201203-15. 基金项目：吉林省教育厅“十一五”科学技术研究计划资助项目 出对车内振动起主要作用的传递路径，为整车振动 (2010164):汽车仿真与控制国家重点实验室开放基金 控制、提高乘坐舒适性提供依据34]. (20111106). 通信作者：李未.E-mail:w0330@163.com. 本文是对某国产轿车进行车内降噪研究过程中

·184 智能系统学报 第7卷 的试验项目部分.利用LMS/TPA软件，以某轿车动 「H Hv2 … Hin7 力总成振动对车内噪声影响的分析为例，阐述了传 H2 H22 Hon F (2) 递路径分析的具体方法和试验过程，按照国际标准 规定的声学评价方法，确定了车内噪声较大的工况， H H2 …Hm 分析了动力总成振动在该工况下对车内噪声的影 式中：F为各传递路径上的激振力向量，F=[FF2… 响，识别出了对车内噪声贡献率较大的传递路径.进 F…F]Tj=1,2,…,;为各参考点的响应加速度向 一步对主要路径的激励与频响函数进行分析后确定 量，=[名12…名…X],i=1,2,…,m应在各耦合 是否由动力总成振动导致车内噪声过大.因此应针 点所在悬置附近的车身侧结构上取得；H,=之/E为激 对悬置的特性进行优化分析，以达到减小车内噪声 振力F,与参考点振动加速度文间的频响函数 的目的， 1.3频响函数的确定 为获得准确的频响函数，需要拆除汽车上的激 1传递路径分析方法简介 振源（如动力总成），并保留其悬置在车身上的支架 1.1TPA原理 结构，利用锤击法或激振器法来获得频响函数.受动 传递路径的分析技术在许多文献中均有介 力总成悬置点周围空间的限制，本文采用锤击法求 绍59].在进行传递路径分析时，假设系统是线性非时 取频响函数 变系统.动力总成作为单独的激励源，振动沿悬置形 用锤击法进行频响函数测量时，先要对锤头上的 成多个传递路径并传递能量到车内.车内目标位置结 力传感器进行标定，并在悬置支架上进行锤击激励， 构声压则是所有路径上产生的贡献量的线性叠加， 通常每个位置敲6~8次，通过求平均得到试验结果， P.(w)=∑H.(a)f(w)H.(a)F(w).(1) 2车内噪声特性分析 式中：P,(o)为车内目标点结构声总声压，f(w)为 首先对某轿车内噪声特性进行分析.在整车半消 第i条路径上的激振力， 声室转毂上，根据不同行驶工况下的车内噪声，确定 F(w)=[f(w）f2(w）…fn-1(w)fn(w)]T为 噪声较大的工况，进而针对该工况进行传递路径识别 各传递路径激振力列向量.H(ω)为第i条路径的 试验.试验在一汽研发中心的整车半消声室内进行 频响函数(frequency response function,FRF, 采集噪声信号使用LMS的ICP式传声器，布置在驾 H,(ω）=[H(w）H2(w）…Hn-1(o）Hn(w）] 驶员耳旁；数据采集设备为LMS公司的SCRO5便携 为频响函数矩阵， 式数字采集系统；分析采用LMS Test.lab的Transfer 由式(1)可知，进行PA计算时需要知道每条 Path Analysis模块，测试过程中门窗均关闭. 传递路径的频响函数与激振力， 依据GB/T18697-2002《声学汽车车内噪声测量 方法》，汽车以最高档(5档)行驶，从40km/h开始， 1.2激振力的获得 到130km/h,以10km/h为间隔，进行匀速行驶测量 由于汽车结构复杂，其振动源激振力往往不能 车内噪声.该车在转毂上匀速行驶时的车内噪声试 直接测量，常需要利用间接的方法获得，如逆矩阵法 验结果见表1，主要车速下车内噪声的1/3倍频程 和悬置刚度法等。 频谱见图1. 在利用悬置刚度法估计激振力时，需要准确地 表1匀速行驶工况下车内噪声测量结果 确定悬置刚度值.测量悬置刚度时，不仅要求按实车 Table 1 The results of interior noise at diffevent constant 状态施加预载荷和边界条件，而且还要考虑工作温 speeds 度等方面的影响，不易获得准确的悬置刚度值.因 车速/ 车内噪声/ 车速/ 车内噪声/ 此，一般多采用逆矩阵法. (km·h-1) dB(A) (km·h-1) dB(A) 用逆矩阵法计算激振力时，需在车身上选取适 40 61.0 90 68.0 50 61.8 100 69.1 当数量的参考点，通常取参考点数大于2倍的传递 60 62.5 110 71.1 路径数，同时再获得系统在工作状态下的频响函数， 7 64.9 120 73.3 激振力可由式(2)计算： 80 66.0 130 73.1

第2期 李未，等：动力总成振动对车内噪声的传递路径分析 ·185… 80 4 传递路径分析识别 60 4.1车内噪声合成及验证 -cs100 -cs110 图3为车速120km/h时车内噪声在20~ +cs120 +cs130 512Hz的实测声压级幅值谱以及动力总成悬置各条 品易的爱片需员玉医爱 路径的贡献量合成值 -Ntmn三 60 ·车内噪声合成值 频率/Hz 50 …车内噪声实测值 图1匀速行驶时车内噪声1/3倍频程频谱 40 Fig.1 The 1/3 octave of interior noise at constant speed condition 由试验结果可以看出，在整个车速范围内，车速 20 低于100km/h下匀速行驶时，车内噪声较小，均小 于70dB(A):随着车速增加，车内噪声逐渐加大，在 10 车速120km/h时的车内噪声最大；同时，车内噪声 920100200300 400500 峰值主要分布在80~500Hz范围内.因此本文主要 顺率Hz 研究车速为120km/h,频率为20~512Hz时动力总 图3车速120km/h时车内噪声实测值与合成值比较 成对车内噪声的传递路径分析 Fig.3 Comparison between actual measured and com- posite value about interior noise at the speed of 3传递路径分析试验 120 km/h 针对上述试验结果，以120km/h匀速行驶工况 从图3中可以看出，车内合成噪声与实测噪声 下，对动力总成悬置点车身侧到车内噪声的传递路 变化趋势相同，验证了该次试验的正确性，但是仍然 径进行识别试验为例，试验过程如下. 在幅值上存在误差.原因可能有： 1)被试轿车以120km/h的速度在转毂上匀速 1)拆除动力总成后，由于悬置支架的结构原 转动，测量动力总成各悬置点被动侧的振动加速度 因，安装传感器的测点位置和激励点不是同一个点， 信号与车内噪声声压值.该车型动力总成为3点悬 存在一定的距离，从而造成误差； 置，分别是动力总成左、右悬置及后悬置，共形成9 2)在进行车内噪声合成时，忽略了由于底盘零 条传递路径到车内目标点。 部件振动产生的噪声，造成了一定误差 2)从车上拆除动力总成，保留其在车身上的悬 4.2各条传递路径的贡献量分析 置支架结构.在动力总成悬置车身侧附近选取6个 经过TPA计算，得到动力总成3个悬置点9条 以上参考点，并安装上加速度传感器，保留转毂试验 传递路径对车内噪声的贡献量色谱（图4）以及极坐 时动力总成悬置车身侧加速度传感器和车内声级计 标（图5）. 不动，采用锤击法沿X、Y、Z3个方向敲击动力总成 从图4中可以看出，在频率分别为82、132、 悬置车身侧加速度传感器安装点附近的合适位置， 231、264Hz左右时存在峰值.而该工况下，发动机转 测量各敲击点到各参考点及驾驶员耳旁噪声的频率 速为3960r/min,其发动机二阶点火激励频率为 响应函数(FRF),如图2所示. 132Hz,其余则是二阶噪声成分的谐波，这些阶次成 分谱值较高.可见，动力总成在该频率下对车内噪声 的影响很大，需要重点分析： 同时，从图4中可以看出，在频率为132z时， 1)动力总成右悬置车身侧X方向的振动激励 对车内噪声声压级贡献量最大为57.96dB(A). (a)转毅试验 )锤击法现场 2)动力总成右悬置车身侧Z方向的贡献量次 图2某轿车转觳试验及锤击法现场 之为54.96dB(A) Fig.2 The testing spot of the car 3)动力总成左悬置车身侧X方向的贡献量为 3)运用LMS/TPA软件进行试验数据处理和传 54.71dB(A). 递路径的识别和分析。 4)动力总成左悬置车身侧Z方向的贡献量为

·186 智能系统学报 第7卷 54.32dB(A).其他5个传递路径的贡献量排序依 次下降，且相对较小 实测值】 60.00 动力总成石悬置车身测X方向繁爱 动力总成右悬置身侧Z方向题强愿影 动力总成左悬置车身铡X方向 23 动力总成左悬置车身侧Z方向级题愿 动力总成后悬置4身侧Z方向 动力总成右悬置车身侧方向 动力总成后悬置4身侧方向影 2 动力总成左悬置4身侧方向题餐酸酸 动力总成后悬置车身侧方向巡数 -40.00 2050100150200250300350400450500 频率/Hz 图4动力总成各传递路径对车内噪声声压级的贡献量色谱图 Fig.4 The color-map plot of contribution from the main paths of engine to interior 图4的结果还表明，该频率下实际测得的车内地位，而其他传递路径引起该频率下车内噪声声压 噪声声压级为58.14dB(A),其中由动力总成9条 的贡献量所占的权重较小，其贡献量幅值总和为 传递路径产生的总声压级贡献量幅值之和为 2.92dB(A),只占0.05%.与图3所获得的结论相 55.22dB(A).可见，在频率为132Hz的车内噪声响 吻合 应中，动力总成悬置振动各传递路径的贡献占主要 60.00r 动力总成石悬置车身侧方向 三动力总成左悬雀车身侧Z方向 动力总成左悬置车身侧方向 ·实测值 动力总成后悬置车身侧Z方向 Pa 60.00 60.00 Pa 1060 三十动方总成芹悬蜜车身侧方向 动力总成后悬置车身侧Y方向 动力总成左悬置车身侧方向 动力总成石悬置车身侧Z方向 动力总成右悬性车身侧Y方向 60.00 图5动力总成各传递路径对车内噪声声压级的贡献量极坐标 Fig.5 The vector representation of contribution between the target and the main paths of engine assembly 从贡献量的极坐标图5中，不仅可以看出各条传 总成右悬置X方向与动力总成左悬置X方向对车内 递路径贡献量幅值的大小，还可以看出各传递路径贡 噪声实测值有减小趋势.因此，上述分析表明，在实施 献量幅值的相位.图5表明由于动力总成左悬置车身 减振时如果不考虑各条路径贡献量的相位，若降低与 侧Z方向、X方向传递路径贡献量的相位相反，动力 所要控制的振动方向相反传递路径上的振动幅值，不 总成右悬置车身侧X方向、Z方向的贡献量相位接近 仅不能达到有效的减振效果，反而适得其反， 相反，它们之间贡献量的幅值互相抵消，从而有效减4.3激励与频响函数分析 小各路径贡献量合矢量的幅值.同时，传递路径向量 通过对车内噪声贡献量的分析后，得到对车内 与车内噪声实测值向量夹角越小，该路径对车内噪声 噪声主要贡献量的路径.进一步分析主要路径的频 贡献量越大.可见，动力总成右悬置Z方向与动力总 响函数与激励，可判断引起车内噪声的是车身结构 成左悬置Z方向对车内噪声实测值有增大趋势，动力 还是动力总成振动

第2期 李未，等：动力总成振动对车内噪声的传递路径分析 ·187… 从图6和图7中可以看出，曲线1~4分别为动 为动力总成悬置隔振设计提供准确数据， 力总成右悬置车身侧Z方向、动力总成左悬置车身 2)动力总成悬置传递路径分析表明，动力总成 侧Z方向、动力总成右悬置车身侧X方向、动力总 右悬置的振动激励对驾驶员耳旁噪声的贡献最大， 成左悬置车身侧X方向到车内噪声目标点的频响 要改善该车型在上述工况下的噪声水平，应该对动 函数幅值谱和工作力谱.图6中，将频率为132Hz左 力总成右悬置的隔振性能进行改进，尤其是右悬置 右时的4条传递路径频响函数放大，可以看出，4条 Z方向的隔振性能. 频响函数曲线幅值接近，其中曲线4的幅值较大，曲 3)通过对车内噪声主要贡献量的路径激励与 线2的幅值最小.图7中，放大132Hz左右时的4条 频响函数进行分析，明确是否由动力总成振动导致 传递路径的工作力谱可以看出，曲线1和3即动力 车内噪声过大，为后续悬置优化分析指明方向， 总成右悬置车身侧Z方向、X方向工作力最大.可以 证明，在该频率下，车内噪声是由动力总成振动激励 参考文献： 引起. [1]WELLMANN T,GOVINDSWAMY K.Aspects of driveline 因此，要改善该车型的车内噪声水平，应主要针 integration for optimized vehicle NVH characteristics[J]. 对动力总成右悬置Z方向的刚度等特性参数进行 SAE Technical Paper Series,2007(1):2246. [2]马天飞，任春，王登峰，等.乘用车车内噪声的试验研究 匹配和优化，可以有效降低车内噪声 [J].汽车技术，2011,5：11-15. 0.020 MA Tianfei,REN Chun,WANG Dengfeng,et al.Experi- 色0.015 mental research of interior noise reduction for passenger car [J].Automobile Technology,2011,5:11-15. [3]刘东明，项党，罗清，等.传递路径分析技术在车内噪声 军0.010 与振动研究分析中的应用[J].噪声与振动控制，2007， 8:73-77 0.005 LIU Dongming,XIANG Dang,LUO Qing,et al.Applying transfer path analysis to automotive interior noise and vibra- 20100 200300400500 tion refinement and development[J].Noise Vibration 须率/Hz Control,2007(4):73-77. 图6主要传递路径到车内噪声的频响函数 [4]MEDEIROS E B.The use of experimental transfer path a- nalysis in a road vehicle prototype having independent Fig.6 The FRF between the main paths and interior sources[J].SAE Technical Paper Series,2008,36:555. 12 [5]王登峰，李未，陈书明，等.动力总成振动对整车行驶平 10 顺性的传递路径分析[J].吉林大学学报：工学版， 2011,9:92-97. 8 WANG Dengfeng,LI Wei,CHEN Shuming,et al.Transfer 6 path analysis of power train vibration on vehicle ride comfort [J].Joural of Jilin University:Engineering and Technolo- g罗Edition,2011,9:92-97. [6]KOIZUMIT,TSUJIUCHI N,NAKAMURA Y.A measures planning method by analysis of contribution of the vibration 20100 200300400 500 transfer path[J].SAE Technical Paper Series,2009(1): 频率/Hz 2197. 图7主要传递路径点上的激励力 [7]PLUNT J.Finding and fixing vehicle NVH problems with Fig.7 The exciting force of the main transfer paths transfer path analysis[J.Sound and Vibration,2005,39 (11):125-131. 5结论 [8 ]WAISANEN A S,BLOUGH J R.Road noise TPA simolifi- cation for improving vehicle sensitivity to tire cavity reso- 本文通过对车内噪声特性的分析，确定问题较 nance using helium gas[J].SAE Technical Paper Series, 大的工况，并依据工况对动力总成激励对车内噪声 2009(1):2092. 的传递路径的识别与分析，可以得到如下结论， [9]佘琪，周饿.传递路径分析用于车内噪声贡献量的研究 1)运用TPA方法不仅可以识别出动力总成振 [J].汽车技术，2010,3：16-19. 动激励对车内噪声的9条传递路径贡献量的幅值大 SHE Qi,ZHOU Hong.Study of automotive interior noise 小，还可以得到各贡献量幅值之间的相位关系，从而 contribution by using transfer path analysis[J].Automobile Technology,2010,3:16-19

·188. 智能系统学报 第7卷 作者简介： 李庆华，男，1968年生，副教授，主 李未，女，1982年生，讲师，博士研 要研究方向为机械测控技术和机械数 究生，主要研究方向为汽车系统动力学 字化设计，曾主持和参与完成多项省科 与控制，参与完成多项省科技厅、省教 技厅、省教育厅科研项目，申请国家专 育厅科研项目，发表学术论文多篇，被 利3项，获吉林省科技进步三等奖1 EI检索4篇. 项.发表学术论文20余篇，其中被 检索11篇。 2012年全国智能科学技术教育暨教学学术研讨会 由中国人工智能学会教育工作委员会主办，重庆邮电大学承办，中国计算机学会模式识别与人工智能专 委会、中国自动化学会智能自动化专委会、中国人工智能学会粗糙集与软件计算专委会、智能机器人专业委 员会、人工智能基础专业委员会、人工心理与人工情感专业委员会、自然语言处理专用设备业委员会、青年工 作委员会和重庆市人工智能学会协办的“2012年全国智能科学技术教育暨教学学术研讨会”将于2012年10 月20一21日在重庆召开. 诚挚欢迎从事智能科学技术教育及相关课程教学的教师积极参与，踊跃投稿。 征文范围包括（但不限于）： 1.与智能科学与技术学科发展和专业建设相关的研究与实践； 2.与智能科学技术相关的研究生和本科生课程的教学、教改与创新： 3.与智能科学技术相关专业的教学改革与建设以及各专业间关系； 4.与智能科学技术相关的研究生和本科生教材建设经验与体会； 5.与智能科学技术相关的研究生和本科生课堂教学及其创新； 6.与智能科学技术相关的研究生和本科生实验、实践教学及其改革； 7.与智能科学技术相关的研究生和本科生双语教学做法与经验； 8.教师队伍建设措施与经验； 9.智能科学技术学科专业建设的未来发展思路和改革建议； 10.计算机类、自动化类、电子信息类等专业中，人工智能、神经网络、计算智能、机器学习、专家系统、智 能机器人、智能信息处理、智能控制等各种智能类课程的教学研究及教学改革， 投稿方式： 通过电子邮件发送word电子版，电子邮箱：zmkx2012@yahoo.com.cn. 论文收到后，组委会回复邮件予以确认 联系方式：于洪(13617676007)，邓明瑶(15023312796). 重要日程： 论文投稿截止日期：2012年5月30日； 录用通知发出日期：2012年6月30日； 会议召开日期：2012年10月20一21日