黃劍鋒

摘 要：本文介紹了路噪的產(chǎn)生機(jī)理和優(yōu)化手段，介紹了多參考TPA的基本原理和分析流程。然后通過(guò)某車型路噪問(wèn)題的優(yōu)化實(shí)例說(shuō)明了：1.多參考TPA可全面對(duì)比傳遞路徑對(duì)車內(nèi)噪聲的影響，能可靠識(shí)別出主要傳遞路徑，然后分析傳遞路徑的載荷和NTF。但多參考TPA易使工程師將注意力局限在一條路徑之中，無(wú)法發(fā)現(xiàn)影響主要路徑的真正因素。2.路噪問(wèn)題的診斷及優(yōu)化流程應(yīng)遵循整車排查——部件診斷——系統(tǒng)分析——部件優(yōu)化的思路。即從整體上把握與排查，然后從細(xì)節(jié)上分析主要影響因素，再?gòu)南到y(tǒng)的層面來(lái)分析問(wèn)題，然后又從細(xì)節(jié)上專研優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：路噪；多參考TPA；ODS

中圖分類號(hào)：U461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018）04-0072-06

Abstract： In this paper the fundamental mechanism and optimizing method of road noise was reviewed. In order to optimize the road noise of the vehicle， multi-reference Transfer Path Analysis was established. A practical example was introduced to indicate two points. Firstly， Multi-reference TPA can be used to compare the contribution of different transfer paths. However， determinants could often be ignored， because most of automotive engineer tend to be only pay attention to key transfer paths. Secondly， the diagnosing and optimizing process should begin with diagnosing on the whole vehicle， analyzing the key transfer paths， then looking into the problem in subsystem. At last， to improve the NVH performance by optimizing parts.

Key Words： Road Noise；Multi-Reference TPA；ODS

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇以及消費(fèi)者趨于理性，舒適性受到越來(lái)越多的關(guān)注。NVH（噪聲、振動(dòng)及不平順性）作為舒適性的主要指標(biāo)，成為消費(fèi)者選擇家庭用車時(shí)考量的重要因素之一。汽車行駛過(guò)程中，路噪是用戶反饋較多的NVH問(wèn)題，亦是新能源汽車的主要NVH問(wèn)題。

1 路噪機(jī)理及優(yōu)化手段

路噪空氣傳播噪聲的機(jī)理是：輪胎與路面摩擦、輪胎與路面相互作用及輪胎的變形而產(chǎn)生的噪聲，經(jīng)過(guò)空氣傳播到車內(nèi)，導(dǎo)致車內(nèi)噪聲增大。

路噪結(jié)構(gòu)傳播噪聲的產(chǎn)生機(jī)理是：路面隨機(jī)激勵(lì)，經(jīng)輪胎、底盤系統(tǒng)傳遞，引起車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)向車內(nèi)輻射的噪音[1]。

路噪由多個(gè)相關(guān)的激勵(lì)源引起，產(chǎn)生機(jī)理比較復(fù)雜，且各傳遞路徑的振動(dòng)相互耦合，因此常規(guī)方法很難解決路噪問(wèn)題。本文采用如圖1所示的路噪問(wèn)題診斷及優(yōu)化思路，具體操作方法如下：

1. 通過(guò)多參考TPA確定路噪問(wèn)題的主要傳遞路徑；

2. 通過(guò)工作變形分析（ODS）、隔振、NTF及頻響等方法對(duì)主要傳遞路徑進(jìn)行問(wèn)題診斷；

3. 通過(guò)模態(tài)分析等方法研究子系統(tǒng)或子系統(tǒng)中其他路徑對(duì)主要路徑的影響；

4. 通過(guò)模態(tài)修改預(yù)測(cè)等方法對(duì)子系統(tǒng)零部件的優(yōu)化效果進(jìn)行排序，確定最佳優(yōu)化方案。

最后，制作樣件，裝車進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 多參考TPA理論基礎(chǔ)

2.1 多參考TPA分析流程

對(duì)于路噪而言，傳遞路徑所傳遞到車身的激勵(lì)力由四個(gè)相關(guān)的激勵(lì)源引起（車輪與路面的相互作用），且不同的傳遞路徑間沒(méi)有固定的相位延遲。因此，路噪TPA是經(jīng)典的多參考TPA問(wèn)題。多參考TPA的主要分析流程為[2][3]：

1. 通過(guò)主分量分析將目標(biāo)點(diǎn)和指示點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分解成不相關(guān)的虛擬參考譜；

2. 將一個(gè)主分量數(shù)據(jù)集看成一個(gè)工況數(shù)據(jù)，通過(guò)虛擬參考譜和傳遞函數(shù)分別計(jì)算各個(gè)主分量的傳遞路徑激振力；

3. 分別對(duì)各主分量進(jìn)行TPA分析，合成各主分量的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)；

4. 對(duì)所有主分量進(jìn)行RMS相加，合成傳遞路徑激勵(lì)力、目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)。

2.2 PCA分析基礎(chǔ)

3 某車型60 km/h 路噪問(wèn)題研究

3.1 路噪問(wèn)題描述

某車型常規(guī)摸底測(cè)試結(jié)果顯示，在粗糙路60km/h勻速行駛工況下，駕駛員右耳噪聲總值高于目標(biāo)值。駕駛員右耳噪聲頻譜如圖3所示。由圖可知，對(duì)噪聲總值影響較大的幾個(gè)峰值依次是170Hz左右、230Hz、100Hz。其中230Hz、100Hz與輪胎相關(guān)，降低該頻率的噪聲幅值難度較大。而170Hz峰值對(duì)總聲壓級(jí)貢獻(xiàn)較大，且與對(duì)標(biāo)車水平差距較大，優(yōu)化空間較大。因此本文通過(guò)優(yōu)化170Hz峰值噪聲來(lái)降低路噪。

3.2 主要傳遞路徑識(shí)別

為了明確170Hz峰值問(wèn)題的產(chǎn)生原因，并縮小問(wèn)題范圍，對(duì)樣車進(jìn)行多參考TPA 測(cè)試。

3.2.1 工況數(shù)據(jù)測(cè)試

工況數(shù)據(jù)測(cè)試主要包括測(cè)試工況的確定和試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的確定。

（1）測(cè)試工況

工況數(shù)據(jù)測(cè)試工況的主要要求：路面為粗糙路，車速為60km/h勻速行駛，車輛半載，設(shè)計(jì)胎壓，風(fēng)速小于3m/s。

（2）試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)

如圖4所示，在懸架系統(tǒng)的各個(gè)車身接附點(diǎn)附近各布兩個(gè)傳感器，作為工況數(shù)據(jù)測(cè)試的測(cè)點(diǎn)。這些測(cè)點(diǎn)即是多參考TPA的指示點(diǎn)。本文所測(cè)接附點(diǎn)包括：前塔座、前下擺臂安裝點(diǎn)、前穩(wěn)定桿安裝點(diǎn)、后塔座、后彈簧支座、后上擺臂安裝點(diǎn)、后下擺臂安裝點(diǎn)、前束桿安裝點(diǎn)、后穩(wěn)定桿安裝點(diǎn)、拖曳臂安裝點(diǎn)等。

3.2.2 頻響函數(shù)測(cè)試

拆除輪胎和懸架系統(tǒng)，測(cè)試3.2.1所述懸架車身接附點(diǎn)到指示點(diǎn)之間的頻響函數(shù)；并同時(shí)測(cè)試3.2.1所述懸架車身接附點(diǎn)到車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的NTF函數(shù)。

3.2.3 多參考TPA分析

將3.2.1獲得的指示點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)通過(guò)PCA轉(zhuǎn)換成解耦的虛擬參考譜，然后結(jié)合3.2.2獲得的頻響函數(shù)，通過(guò)矩陣求逆法即可求得各傳遞路徑的激勵(lì)力。最后經(jīng)過(guò)響應(yīng)合成和基本貢獻(xiàn)量分析，可得到如圖5所示的貢獻(xiàn)量排序圖。從圖中可知，對(duì)170Hz左右峰值影響較大的傳遞路徑是左右前下擺臂Z向和X向。

進(jìn)一步分析前下擺臂傳遞路徑貢獻(xiàn)量。首先查看如圖6所示的前下擺臂車身接附點(diǎn)聲振傳遞函數(shù)。前下擺臂接附點(diǎn)各方向到駕駛員右耳的聲振函數(shù)幅值都在目標(biāo)值以下，因此NTF不是前下擺臂傳遞路徑的決定因素。由圖7可知，前下擺臂激振力幅值較大，且170Hz峰值在100Hz～300Hz頻段內(nèi)峰值最高。

綜上，170Hz路噪問(wèn)題的主要傳遞路徑是：輪轂——前下擺臂——車身——駕駛員右耳。傳遞路徑的主要影響因素是前下擺臂。

3.3 主要部件問(wèn)題診斷

本文通過(guò)前下擺臂安裝點(diǎn)襯套隔振測(cè)試，前下擺臂本體頻響測(cè)試和前下擺臂ODS，調(diào)查前下擺臂傳遞路徑激振力較大的原因。

隔振測(cè)試結(jié)果顯示，前下擺臂安裝點(diǎn)襯套Z向隔振較好。原點(diǎn)頻響測(cè)試結(jié)果表明前下擺臂在200Hz以內(nèi)不存在彈性體模態(tài)。

而圖8的前下擺臂ODS結(jié)果表明，前下擺臂的170Hz振型為上下擺動(dòng)。轉(zhuǎn)向節(jié)側(cè)振動(dòng)幅度較小，副車架側(cè)振動(dòng)幅度較大，因此前下擺臂運(yùn)動(dòng)可能是其他部件引起的。

3.4 系統(tǒng)級(jí)原因分析

本文進(jìn)行前懸架模態(tài)測(cè)試，調(diào)查懸架系統(tǒng)對(duì)前下擺臂運(yùn)動(dòng)的影響。前懸架模態(tài)分析結(jié)果顯示，麥弗遜前懸架在170Hz存在懸架整體彈性模態(tài)。170Hz振型如圖9所示，輪輞發(fā)生Rx運(yùn)動(dòng)、減振器發(fā)生Y向運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)向節(jié)發(fā)生彈性變形，前下擺臂在上述運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下發(fā)生了上下運(yùn)動(dòng)。因此，改變前下擺臂170Hz振動(dòng)特性的途徑包括：調(diào)整減振器、輪輞、輪胎及轉(zhuǎn)向節(jié)的特性。

3.5 優(yōu)化方案及驗(yàn)證

本文通過(guò)模態(tài)修改預(yù)測(cè)嘗試優(yōu)化前懸架170Hz整體彈性模態(tài)。通過(guò)對(duì)比減振器、轉(zhuǎn)向節(jié)及輪輞的結(jié)構(gòu)修改預(yù)測(cè)結(jié)果可知，在減振器上安裝0.5kg吸振器可得到最佳效果。但吸振器方案在整車上難以實(shí)施，因此本文選擇調(diào)整轉(zhuǎn)向節(jié)動(dòng)剛度。圖10-a所示為原轉(zhuǎn)向節(jié)。將圖10-b所示位置的動(dòng)剛度提高3000N/mm后懸架模態(tài)變化如圖11所示：170Hz峰值頻率上升10Hz，同時(shí)幅值降低了30%以上。結(jié)合上文的前下擺臂Z向NTF特性，轉(zhuǎn)向節(jié)動(dòng)剛度調(diào)整方案能有效起到避頻和降低車內(nèi)響應(yīng)的目的。

本文為某車型重新開(kāi)發(fā)了如圖12所示的鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)。

安裝鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)后，粗糙路60km/h勻速行駛工況實(shí)車路試效果明顯。由圖13可知，駕駛員右耳噪聲170Hz左右峰值得到了明顯改善，同時(shí)噪聲總值下降到目標(biāo)值以下1dB。

4 結(jié)論

本文介紹了多參考TPA的基本原理和分析流程。然后以某車型駕駛員右耳噪聲不達(dá)標(biāo)為例，介紹了以整車排查——部件診斷——系統(tǒng)分析——部件優(yōu)化的路噪診斷及優(yōu)化流程為指導(dǎo)，采用多參考TPA分析方法、ODS分析方法以及模態(tài)分析等分析方法，解決路噪問(wèn)題的整個(gè)過(guò)程。本文以路噪優(yōu)化實(shí)例說(shuō)明了以下問(wèn)題：

多參考TPA可以全面的對(duì)比傳遞路徑對(duì)車內(nèi)噪聲的影響，能可靠地識(shí)別出主要傳遞路徑，還可進(jìn)一步分析傳遞路徑的載荷和NTF。稍有不足的是，多參考TPA可以指出主要傳遞路徑，卻不能充分說(shuō)明其成為主要路徑的原因。因此易使工程師將注意力局限在一條路徑之中，不能發(fā)現(xiàn)影響主要路徑的真正因素。

路噪問(wèn)題的診斷及優(yōu)化流程應(yīng)遵循整車排查——部件診斷——系統(tǒng)分析——部件優(yōu)化的思路。即從整體上把握與排查，然后從細(xì)節(jié)上分析主要影響因素，再?gòu)南到y(tǒng)的層面來(lái)分析問(wèn)題，然后又從細(xì)節(jié)上專研優(yōu)化措施。本文實(shí)際解決粗糙路60km/h駕駛員右耳噪聲過(guò)大問(wèn)題案例，說(shuō)明了這種路噪問(wèn)題診斷思路的合理性。

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