賀巖松，張 輝，夏小均，徐中明，張志飛

(1.重慶大學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400030； 2.重慶大學(xué)汽車工程學(xué)院,重慶 400030)

2016120

轎車車內(nèi)中頻噪聲的FE-SEA混合分析*

賀巖松1,2，張 輝2，夏小均2，徐中明1,2，張志飛1,2

(1.重慶大學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400030； 2.重慶大學(xué)汽車工程學(xué)院,重慶 400030)

建立了某一轎車的混合FE-SEA模型和SEA模型，計(jì)算了各子系統(tǒng)的模態(tài)密度、內(nèi)損耗因子和耦合損耗因子。通過試驗(yàn)測(cè)量了勻速50km/h時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙的聲輻射激勵(lì)、動(dòng)力總成懸置點(diǎn)的激勵(lì)和路面不平度對(duì)車身懸置點(diǎn)的激勵(lì)。采用混合FE-SEA模型和SEA模型分別預(yù)測(cè)了駕駛員右耳旁聲壓級(jí)，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明了200～1 000Hz整個(gè)中頻范圍內(nèi)混合FE-SEA模型的預(yù)測(cè)精度比SEA模型高。把能量注入法計(jì)算的內(nèi)損耗因子重新加載到混合FE-SEA模型上進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，在中頻段預(yù)測(cè)精度得到了提高。最后對(duì)混合FE-SEA模型分別施加各懸置點(diǎn)的振動(dòng)激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì)進(jìn)行計(jì)算，分析了不同頻率段車內(nèi)噪聲的主要激勵(lì)源。

中頻噪聲；混合FE-SEA模型；能量注入法；預(yù)測(cè)

前言

目前，車內(nèi)低頻噪聲CAE預(yù)測(cè)分析可以通過有限元法(finite element method，F(xiàn)EM)和邊界元法 (boundary element method，BEM)得到很好的解決，對(duì)于車內(nèi)高頻噪聲的預(yù)測(cè)分析使用統(tǒng)計(jì)能量分析法(statistical energy analysis，SEA)可以得到比較高的求解精度，而處于200～1 000Hz的中頻噪聲預(yù)測(cè)分析目前仍然是一個(gè)難題[1-2]。為解決這一難題，國外一些學(xué)者將FEM和SEA結(jié)合起來，采用動(dòng)力平衡方程和功率平衡方程計(jì)算聲振系統(tǒng)的響應(yīng)，形成了目前的混合FE-SEA方法[3-4]。

混合FE-SEA方法能有效提高傳統(tǒng)FEM和SEA在中頻域的預(yù)測(cè)精度，因此該方法在中頻聲振預(yù)測(cè)分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[5]中使用FE模型來求解SEA子系統(tǒng)的模態(tài)密度等參數(shù),由于該方法可以考慮一些子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),從而有助于提高SEA模型的預(yù)測(cè)精度。該方法說明，使用FE模型求解模態(tài)密度可以提高SEA模型的預(yù)測(cè)精度，但是并未進(jìn)一步研究使用FE模型來求解內(nèi)損耗因子時(shí)對(duì)模型預(yù)測(cè)精度的影響。文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]中建立了全內(nèi)飾混合FE-SEA模型，對(duì)車內(nèi)200～1 000Hz的中頻噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)，使用噪聲傳遞路徑分析法來確定車內(nèi)噪聲的關(guān)鍵貢獻(xiàn)子系統(tǒng)，對(duì)它們采用添加阻尼或聲學(xué)包優(yōu)化的方法來降低車內(nèi)噪聲。該方法在降低車內(nèi)中頻結(jié)構(gòu)噪聲方面取得了良好的效果，但該混合模型沒有施加發(fā)動(dòng)機(jī)聲輻射激勵(lì)，不能反映真實(shí)的車內(nèi)中頻噪聲傳遞路徑。文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]中建立了網(wǎng)格大小為40mm的混合FE-SEA模型，計(jì)算了各子系統(tǒng)的輻射效率，研究了使用FEM計(jì)算模態(tài)密度時(shí)對(duì)模型預(yù)測(cè)精度的影響，比較了20～1 000Hz范圍內(nèi)FE-SEA模型與SEA模型的預(yù)測(cè)精度。這兩篇文獻(xiàn)中在車內(nèi)中頻噪聲分析領(lǐng)域做了比較深入的研究，但未對(duì)不同頻率段車內(nèi)中頻噪聲的形成機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

本文中總結(jié)了混合FE-SEA建模的基本原則，通過試驗(yàn)測(cè)量了勻速50km/h工況下發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì)、動(dòng)力總成懸置點(diǎn)的激勵(lì)和路面不平度對(duì)車身懸置點(diǎn)的激勵(lì)。在200～1 000Hz頻率范圍內(nèi)分析了使用不同方法計(jì)算內(nèi)損耗因子時(shí)對(duì)混合FE-SEA模型預(yù)測(cè)精度的影響；通過在混合模型上施加不同種類的激勵(lì)，分析了不同頻率段車內(nèi)噪聲的主要激勵(lì)源，對(duì)車內(nèi)中頻噪聲降噪分析有一定的指導(dǎo)意義。

1 轎車混合FE-SEA模型的建立

在VA One中建立混合FE-SEA模型分兩大步:第一步在hypermesh中對(duì)幾何模型或有限元模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，然后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)耦合處理并調(diào)整網(wǎng)格質(zhì)量；第二步在VA One中根據(jù)有限元模型的單元和節(jié)點(diǎn)信息分別建立FE子系統(tǒng)和SEA子系統(tǒng)，并生成有效的連接，建立完整的混合FE-SEA模型。

1.1 模型部件的簡(jiǎn)化

為了便于有效建模，首先要對(duì)有限元整車模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。模型簡(jiǎn)化的原則是：(1)處于車身邊緣的小零件，對(duì)系統(tǒng)整體振動(dòng)性能影響不大，建模時(shí)可刪除；(2)對(duì)于大塊的平面板件，在混合模型中必須使用SEA子系統(tǒng)來建模，由于SEA板的中部與有限元子系統(tǒng)無法生成混合連接，因此這種板件上面的細(xì)小附件要?jiǎng)h除；(3)與車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)相連的面必須嚴(yán)格封閉且不能重疊，為了方便建模，需要?jiǎng)h除聲腔包絡(luò)面上一些對(duì)整體振動(dòng)性能影響不大但很大程度上增加建模難度的部件；(4)VA One軟件中不能識(shí)別高階單元，因此用體單元建模的膠粘層必須刪除。

1.2 模型的節(jié)點(diǎn)耦合處理

為了建立更加精確的混合FE-SEA模型，可按照下列方法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)耦合：(1)與車內(nèi)聲腔直接接觸的包絡(luò)面板件，最好在構(gòu)件的邊緣處共節(jié)點(diǎn)，或者在合適的位置共節(jié)點(diǎn)之后，將重疊或多余的部分單獨(dú)生成一個(gè)部件或者直接刪除;(2)對(duì)于梁、桿等結(jié)構(gòu)，盡量按照原連接的位置或者相近的位置進(jìn)行共節(jié)點(diǎn)連接;(3)節(jié)點(diǎn)耦合后需要在hypermesh中檢查相應(yīng)的自由邊并調(diào)整網(wǎng)格質(zhì)量。

1.3 聲腔包絡(luò)面的修補(bǔ)和構(gòu)件的重劃分

在VA One中，聲腔包絡(luò)面必須是嚴(yán)格密封且沒有孔洞的，因此建模時(shí)要對(duì)有限元模型中一些板件上的孔洞進(jìn)行填補(bǔ)。圖1(a)和圖1(b)是防火墻孔洞填補(bǔ)前后對(duì)比圖。

為了方便在VA One中建立SEA聲腔子系統(tǒng)，使SEA子系統(tǒng)和FE子系統(tǒng)之間能夠生成有效的連接，需要對(duì)有限元模型中聲腔包絡(luò)面的構(gòu)件進(jìn)行重劃分，劃分后的子系統(tǒng)放在單獨(dú)的component中。圖1(c)和圖1(d)為車身頂部構(gòu)件劃分前后對(duì)比圖。

圖1 孔洞的填補(bǔ)和構(gòu)件重劃分

1.4 混合FE-SEA模型和SEA模型的建立

在VA One中，將單位頻帶上模態(tài)數(shù)小于5的構(gòu)件(如A柱、B柱和梁結(jié)構(gòu)等)建成FE子系統(tǒng)，如圖2(a)所示；將其余的構(gòu)件建成SEA板子系統(tǒng)；根據(jù)建成的FE和SEA板子系統(tǒng)建立相應(yīng)的聲腔，建立的聲腔子系統(tǒng)如圖2(b)所示。最后對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行連接，使各個(gè)子系統(tǒng)之間耦合良好，保證能量能夠在各個(gè)子系統(tǒng)中相互傳遞。

建立的混合FE-SEA模型如圖2(c)所示，該混合模型含有130個(gè)FE子系統(tǒng)、97個(gè)SEA板件子系統(tǒng)和14個(gè)聲腔子系統(tǒng)。完整的有限元模型中共有732 489個(gè)網(wǎng)格大小為8mm的單元，而混合FE-SEA模型中僅包含322 345個(gè)網(wǎng)格單元，與完整有限元模型相比網(wǎng)格單元減少了56%，從而大大減少了中頻段模型的求解時(shí)間。

為了比較混合FE-SEA方法和SEA法在200～1 000Hz中頻段的求解精度，本文中還建立了如圖2(d)所示的SEA模型，SEA建模過程與混合FE-SEA建?；鞠嗨啤?/p>

圖2 混合FE-SEA模型和SEA模型

2 轎車模型參數(shù)的計(jì)算

統(tǒng)計(jì)能量模型包括模態(tài)密度、內(nèi)損耗因子和耦合損耗因子這3個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到模型的預(yù)測(cè)精度，因此在實(shí)際應(yīng)用中須根據(jù)不同情況采用不同的方法對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.1 模態(tài)密度

模態(tài)密度是描述子系統(tǒng)貯存能量能力大小的一個(gè)物理量，表示子系統(tǒng)在單位頻段內(nèi)的模態(tài)數(shù)[10]。二維平板模態(tài)密度的理論計(jì)算公式為

(1)

式中：f為1/3倍頻程中心頻率；A為平板面積;E為平板彈性模量;ρ為平板體積密度;μ為平板泊松比;h為平板厚度。

聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度計(jì)算公式為

(2)

式中：V為聲場(chǎng)的體積;A為聲場(chǎng)的表面積;l為聲場(chǎng)的棱邊長度;c為聲音在空氣中的傳播速度。

簡(jiǎn)單子系統(tǒng)的模態(tài)密度由理論公式計(jì)算獲得，如圖3所示，在200～1 000Hz中頻范圍內(nèi)，平板子系統(tǒng)的模態(tài)密度為不隨頻率變化的常量，曲面板和聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度隨頻率的增大而增大。

圖3 簡(jiǎn)單子系統(tǒng)模態(tài)密度理論計(jì)算值

對(duì)復(fù)雜子系統(tǒng)模態(tài)密度公式的推導(dǎo)非常困難，若對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化再利用理論公式進(jìn)行計(jì)算則誤差較大[11]。工程上目前得到復(fù)雜子系統(tǒng)模態(tài)密度的方法主要有導(dǎo)納實(shí)部平均法和FEM，這兩種方法各自有自己的優(yōu)勢(shì)和局限。由于在中頻段模態(tài)重疊現(xiàn)象不明顯，且在混合FE-SEA建模前期需要初步估計(jì)各子系統(tǒng)在單位頻帶上的模態(tài)數(shù)，因此本文中對(duì)復(fù)雜子系統(tǒng)的模態(tài)密度采用FEM計(jì)算。由定義可知，F(xiàn)EM計(jì)算子系統(tǒng)模態(tài)密度的公式為

(3)

式中：N為頻帶上的模態(tài)數(shù)；fu和fl分別為1/3倍頻程中心頻率的上限和下限頻率。

使用FEM計(jì)算得到200～1 000Hz的模態(tài)密度如圖4所示。

圖4 復(fù)雜子系統(tǒng)模態(tài)密度FEM計(jì)算值

2.2 內(nèi)損耗因子

2.2.1 理論公式計(jì)算內(nèi)損耗因子

在統(tǒng)計(jì)能量分析法中，內(nèi)損耗因子指子系統(tǒng)在單位頻率內(nèi)單位時(shí)間的損耗能量與子系統(tǒng)平均存儲(chǔ)能量的比值。簡(jiǎn)單平板和曲面板子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子可以根據(jù)理論公式進(jìn)行Matlab編程計(jì)算獲得，聲腔內(nèi)損耗因子可以通過60dB衰減法或者平均吸聲系數(shù)法獲得。當(dāng)汽車處于研發(fā)階段，無法在實(shí)車上進(jìn)行60dB衰減試驗(yàn)時(shí)，則可使用平均吸聲系數(shù)法來求得各聲腔子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子。根據(jù)加載在模型上的聲學(xué)包裝材料，求得各個(gè)聲腔表面Sn的吸聲系數(shù)an，則聲腔的空間平均吸聲系數(shù)為

(4)

由于計(jì)算頻率范圍為200～1 000Hz且車內(nèi)聲腔體積不大，因此得到的聲腔空間平均吸聲系數(shù)可以不用修正，根據(jù)平均吸聲系數(shù)可由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算混響時(shí)間：

(5)

從而可以計(jì)算出聲腔內(nèi)損耗因子：

(6)

式中：S為聲腔子系統(tǒng)表面積；V為聲腔子系統(tǒng)體積。

根據(jù)理論公式計(jì)算各平板、曲面板和聲腔子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子如表1所示，在200～1 000Hz范圍內(nèi)各子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子均隨頻率的增大而減小。

表1 子系統(tǒng)內(nèi)損耗因子

2.2.2 能量注入法計(jì)算內(nèi)損耗因子

在工程上獲取內(nèi)損耗因子的最常用和可靠的方法是通過試驗(yàn)測(cè)量。測(cè)量?jī)?nèi)損耗因子的方法主要有模態(tài)法(又稱半功率點(diǎn)帶寬法)和脈沖響應(yīng)衰減[12]。在車輛設(shè)計(jì)、開發(fā)的早期階段，很難獲得各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的實(shí)際構(gòu)件，因此無法通過試驗(yàn)測(cè)量實(shí)際結(jié)構(gòu)的內(nèi)損耗因子，本文中根據(jù)能量注入法的基本原理計(jì)算各子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子。由內(nèi)損耗因子的定義可得：

(7)

式中：Pd為單位時(shí)間損耗的能量；w為1/3倍頻程中心圓頻率；E為子系統(tǒng)平均存儲(chǔ)的能量。

當(dāng)結(jié)構(gòu)在連續(xù)穩(wěn)定的寬帶隨機(jī)激勵(lì)下達(dá)到穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)輸入功率Pin與損耗功率Pd相等，因此式(7)可以改寫為

(8)

式中：F為輸入點(diǎn)激勵(lì)力；Vo為輸入點(diǎn)的速度響應(yīng)；m為結(jié)構(gòu)質(zhì)量；為空間平均的振動(dòng)速度均方值。

如圖5所示，在FE子系統(tǒng)上選擇合適位置施加激勵(lì)力，在激勵(lì)點(diǎn)上布置傳感器測(cè)量激勵(lì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，同時(shí)在子系統(tǒng)的其他位置盡可能多地均勻布置傳感器，對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度求均值得到子系統(tǒng)的平均振動(dòng)速度，進(jìn)而求得子系統(tǒng)空間平均的振動(dòng)速度均方值。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間等因素，本文中對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)選擇8個(gè)點(diǎn)依次進(jìn)行激勵(lì)，子系統(tǒng)上總共布置30個(gè)傳感器用來測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度，最終的計(jì)算結(jié)果如圖6所示，前車門、防火墻、頂棚和中地板等子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子的總體趨勢(shì)是隨頻率的增大而減小，但在某些頻率段有一定的波動(dòng)。

圖5 激勵(lì)點(diǎn)和傳感器位置的布置

圖6 能量注入法的內(nèi)損耗因子計(jì)算值

2.3 耦合損耗因子

耦合損耗因子ηij是描述能量從子系統(tǒng)i傳到子系統(tǒng)j損耗特性的一個(gè)物理量,是兩個(gè)子系統(tǒng)之間耦合程度強(qiáng)弱的一種度量。根據(jù)耦合方式的不同,子系統(tǒng)之間的耦合可以分為點(diǎn)連接、線連接和面連接；根據(jù)子系統(tǒng)性質(zhì)的不同，子系統(tǒng)之間的耦合可分為結(jié)構(gòu)-結(jié)構(gòu)耦合、結(jié)構(gòu)-聲腔耦合和聲腔-聲腔耦合。

設(shè)子聲腔a與子結(jié)構(gòu)s之間存在面連接，記ρa(bǔ)為聲場(chǎng)a的體積質(zhì)量密度，c為聲速，ρs為結(jié)構(gòu)的面積質(zhì)量密度，σsa為結(jié)構(gòu)的輻射比，那么結(jié)構(gòu)s到聲場(chǎng)a的耦合損耗因子ηsa為

(9)

駕駛員頭部聲腔與左前風(fēng)窗玻璃的耦合損耗因子如圖7所示。

圖7 駕駛員頭部聲腔與左前風(fēng)窗玻璃間的耦合損耗因子

3 轎車模型激勵(lì)的測(cè)試

汽車行駛過程中所受外部激勵(lì)主要有:發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì)、動(dòng)力總成懸置振動(dòng)激勵(lì)、路面不平度對(duì)車身懸置點(diǎn)的激勵(lì)和車外風(fēng)激勵(lì)。由于本文中測(cè)量車速為50km/h，在低速下車外風(fēng)激勵(lì)的作用對(duì)車內(nèi)噪聲的影響不大[13]。本文中的試驗(yàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)為三點(diǎn)懸置，前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架為雙叉臂式獨(dú)立懸架。試驗(yàn)儀器主要包含3個(gè)傳聲器、7個(gè)三向加速度傳感器、一臺(tái)speedbox、一臺(tái)32通道B&K數(shù)據(jù)采集器和一臺(tái)筆記本電腦，部分傳感器安裝位置如圖8所示。

測(cè)試過程中車速以50km/h勻速行駛，采樣時(shí)間為10s，試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次。對(duì)測(cè)得的時(shí)域信號(hào)截取時(shí)間長度為5s的平穩(wěn)段進(jìn)行分析，將3次處理后的信號(hào)做平均處理，得到減振器與車身左前減振塔連接處X，Y和Z3個(gè)方向上的加速度激勵(lì)，如圖9所示。發(fā)動(dòng)機(jī)艙防火墻處的聲輻射激勵(lì)如圖10所示。

圖8 傳感器安裝位置示意圖

圖9 車身左前懸減振塔處振動(dòng)激勵(lì)

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)艙防火墻處聲輻射激勵(lì)

4 車內(nèi)中頻噪聲預(yù)測(cè)分析

4.1 模型驗(yàn)證

根據(jù)已有的聲學(xué)材料參數(shù)在VA One中建立相應(yīng)的聲學(xué)包材料，進(jìn)一步建立與整車相同的聲學(xué)包，并加載在相應(yīng)的子系統(tǒng)上，整車各子系統(tǒng)聲學(xué)包如表2所示。

把50km/h車速下測(cè)得的激勵(lì)加載到混合FE-SEA模型和SEA模型上，加載相同的聲學(xué)包和模型參數(shù)，并對(duì)駕駛員右耳旁聲壓級(jí)進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖11所示。在200～1 000Hz的中頻范圍內(nèi)，與SEA模型相比，混合FE-SEA模型的預(yù)測(cè)值更加接近試驗(yàn)測(cè)量值，不僅驗(yàn)證了在中頻范圍內(nèi)混合FE-SEA模型的預(yù)測(cè)精度更高，而且證明了本文中提出的混合建模方法是可靠的。

4.2 不同方法計(jì)算的內(nèi)損耗因子對(duì)車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)精度的影響

將能量注入法計(jì)算的內(nèi)損耗因子重新加載到混合FE-SEA模型上進(jìn)行計(jì)算，并與加載理論公式計(jì)算內(nèi)損耗因子的混合模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3所示。使用理論公式計(jì)算內(nèi)損耗因子時(shí)，車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)測(cè)量值的最大誤差為2.45dB, 誤差絕對(duì)值的平均值為1.8dB；使用能量注入法計(jì)算內(nèi)損耗因子時(shí)，最大誤差減小到1.91dB，誤差絕對(duì)值的平均值為1.44dB，說明采用能量注入法計(jì)算內(nèi)損耗因子時(shí)能提高混合FE-SEA模型在中頻范圍內(nèi)的預(yù)測(cè)精度。其主要原因可能是對(duì)于某些結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，上面的孔洞和加強(qiáng)筋對(duì)內(nèi)損耗因子影響較大，使用理論公式計(jì)算不能反映真實(shí)情況，因此計(jì)算結(jié)果誤差較大；采用能量注入法計(jì)算內(nèi)損耗因子時(shí)可以考慮結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，計(jì)算更加符合真實(shí)情況。

表2 整車各子系統(tǒng)聲學(xué)包

圖11 預(yù)測(cè)值與測(cè)量值的對(duì)比曲線

4.3 車內(nèi)中頻噪聲激勵(lì)源分析

對(duì)混合FE-SEA模型分別只施加發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì)和只施加各懸置點(diǎn)的振動(dòng)激勵(lì)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖12所示。由圖可見，在680Hz以下，各懸置點(diǎn)的振動(dòng)激勵(lì)為主要車內(nèi)噪聲源；在680Hz以上，發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì)為主要噪聲源；且在整個(gè)中頻范圍內(nèi)各懸置點(diǎn)的振動(dòng)激勵(lì)對(duì)車內(nèi)噪聲的總體貢獻(xiàn)量要大于發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì)。

表3 不同方法計(jì)算內(nèi)損耗因子時(shí)混合FE-SEA模型的預(yù)測(cè)精度對(duì)比

圖12 施加不同激勵(lì)仿真結(jié)果對(duì)比曲線

5 結(jié)論

本文中對(duì)混合FE-SEA建模過程中的細(xì)節(jié)進(jìn)行了總結(jié)，提出了混合建模應(yīng)遵循的基本原則，為今后進(jìn)行混合建模提供參考。

建立了轎車混合FE-SEA模型和SEA模型，在50km/h勻速工況下，將預(yù)測(cè)值分別與試驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，中頻范圍內(nèi)混合FE-SEA模型的預(yù)測(cè)精度要高于SEA模型。對(duì)比了使用不同計(jì)算方法得到的內(nèi)損耗因子對(duì)混合FE-SEA模型預(yù)測(cè)精度的影響。結(jié)果表明，使用能量注入法可以提高中頻段混合模型的預(yù)測(cè)精度。對(duì)混合FE-SEA模型施加不同種類的激勵(lì)進(jìn)行仿真計(jì)算，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)中頻噪聲的主要激勵(lì)源隨頻率的變化而不同，且在整個(gè)中頻范圍內(nèi)各懸置點(diǎn)的振動(dòng)激勵(lì)對(duì)車內(nèi)噪聲的總體貢獻(xiàn)量要大于發(fā)動(dòng)機(jī)艙聲輻射激勵(lì),該仿真結(jié)果可對(duì)車內(nèi)中頻噪聲采取降噪措施時(shí)提供一定的指導(dǎo)。

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FE-SEA Hybrid Analysis on the Interior Middle Frequency Noise of a Passenger Car

He Yansong1,2, Zhang Hui2, Xia Xiaojun2, Xu Zhongming1,2& Zhang Zhifei1,2

1．ChongqingUniversity,TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,Chongqing400030； 2．CollegeofAutomotiveEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400030

Both FE-SEA hybrid model and SEA model for a car are established respectively and the modal density, internal loss factor and coupling loss factor of each subsystem are calculated. The sound radiation excitation of engine compartment, the excitation of powertrain mounting points and the excitation of road roughness to car body suspension points are measured by test at constant speed of 50km/h. The sound pressure level at driver's right ear is predicted with both FE-SEA hybrid model and SEA model respectively, and compared with test results, indicating that at the whole middle frequency range of 200-1,000Hz, the prediction accuracy of FE-SEA hybrid model is higher than that of SEA model. Then the internal loss factors calculated by power injection method are input to FE-SEA hybrid model for recalculation. The results show that the prediction accuracy is further improved at middle frequency range. Finally, the vibration excitation of suspension points and the sound radiation excitation of engine compartment are applied to FE-SEA hybrid model respectively to calculate and analyze the main excitation source of in-car noise at different frequency bands.

middle frequency noise; FE-SEA hybrid model; power injection method; prediction

*國家自然科學(xué)基金(51275540)和重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CYB14036)資助。

原稿收到日期為2015年3月26日，修改稿收到日期為2015年12月3日。