摘 要：傳遞路徑分析是汽車(chē)領(lǐng)域常用的聲振測(cè)試分析方法，為識(shí)別某電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲來(lái)源，區(qū)分各噪聲激勵(lì)對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響程度，基于工況傳遞路徑分析方法，以駕駛員耳旁聲壓信號(hào)為響應(yīng)，以路面噪聲、風(fēng)噪、電機(jī)噪聲為激勵(lì)，建立該車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)量分析模型，進(jìn)行0至100km/h加速工況下的貢獻(xiàn)量分析，并針對(duì)某一峰值聲壓處的貢獻(xiàn)量做具體分析。結(jié)果表明，左前輪胎的結(jié)構(gòu)路徑對(duì)加速工況下車(chē)內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量最大，其輸入顯著大于其他路徑，后續(xù)分析可據(jù)此對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：工況傳遞路徑分析 貢獻(xiàn)量分析 路噪 傳遞函數(shù)

NVH（Noise Vibration and Harshness）性能是汽車(chē)的關(guān)鍵基礎(chǔ)性能，決定著汽車(chē)品質(zhì)和乘員乘坐舒適性。電動(dòng)汽車(chē)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲，所以車(chē)內(nèi)噪聲環(huán)境總體比傳統(tǒng)汽車(chē)安靜。但電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的高頻電磁噪聲更加刺耳，且由于缺少發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的掩蔽作用，輪胎噪聲和風(fēng)噪聲隨之成為電動(dòng)汽車(chē)主要噪聲，此外，還有許多結(jié)構(gòu)件噪聲凸顯出來(lái)，如變速箱的齒輪噪聲、水泵噪聲以及電池組冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇噪聲等，在傳統(tǒng)汽車(chē)中這些噪聲對(duì)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)影響較小，缺少針對(duì)性的研究，但對(duì)于安靜的電動(dòng)汽車(chē)，這些噪聲均應(yīng)予以重視。一般而言，在中低速行駛時(shí)，路面噪聲為主要噪聲來(lái)源，車(chē)速超過(guò)80km/h后，風(fēng)噪逐漸占主導(dǎo)地位，車(chē)速達(dá)到100km/h后，風(fēng)噪成為主要噪聲來(lái)源[1]。

車(chē)內(nèi)振動(dòng)和噪聲是由多個(gè)激勵(lì)源經(jīng)多條路徑最終傳遞到乘員艙疊加而成的。傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis，TPA）是一種常用的噪聲與振動(dòng)測(cè)試分析方法，該方法將車(chē)內(nèi)噪聲分解為不同激勵(lì)源的貢獻(xiàn)量結(jié)果[2]，對(duì)傳遞路徑及噪聲進(jìn)行測(cè)試分析，計(jì)算貢獻(xiàn)量以指導(dǎo)整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。近年來(lái)，已有不少學(xué)者對(duì)車(chē)內(nèi)振動(dòng)及噪聲的傳遞路徑進(jìn)行研究。仲典[3]等應(yīng)用工況傳遞路徑分析方法實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)噪聲輻射源和振動(dòng)激勵(lì)源快速辨識(shí)并驗(yàn)證。王增偉[4]等提出了一種基于全局傳遞率矩陣的相對(duì)傳遞路徑分析方法并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。唐中華等[5]在有限元模型上建立整車(chē)虛擬傳遞路徑分析模型，對(duì)車(chē)內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)的峰值作診斷分析并優(yōu)化。曾發(fā)林[6]等針對(duì)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)優(yōu)化問(wèn)題采用了傳遞路徑分析，識(shí)別出對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲煩躁度貢獻(xiàn)最大的路徑，調(diào)整后聲品質(zhì)得到有效改善。總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前相關(guān)研究主要集中在對(duì)TPA方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用TPA進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析[7]，從而指導(dǎo)找改善振動(dòng)噪聲。

本文針對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)，基于工況傳遞路徑分析（Operational Transfer Path Analysis， OTPA）方法及車(chē)內(nèi)噪聲產(chǎn)生機(jī)理，建立以路噪、電機(jī)、風(fēng)噪為輸入，駕駛員耳旁聲壓信號(hào)為目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的OTPA模型，采集電動(dòng)汽車(chē)0至100km/h加速工況下的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果和OTPA貢獻(xiàn)量結(jié)果驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，最后對(duì)電動(dòng)汽車(chē)加速工況進(jìn)行車(chē)內(nèi)噪聲源貢獻(xiàn)量分析，為后續(xù)進(jìn)行針對(duì)性的結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化分析提供。

1 基礎(chǔ)理論

根據(jù)傳遞路徑的不同，車(chē)內(nèi)噪聲可分為結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲兩種。結(jié)構(gòu)噪聲是指激勵(lì)源振動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)件傳遞到車(chē)身引起車(chē)身振動(dòng)，再由車(chē)身鈑金件振動(dòng)輻射而形成的噪聲；空氣噪聲則是各種噪聲源所輻射的噪聲通過(guò)空氣，經(jīng)由車(chē)身板壁、縫隙或者孔洞傳播到車(chē)內(nèi)而形成的噪聲[8]，如圖1所示。

當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的傳遞路徑分析方法包括傳統(tǒng)傳遞路徑分析方法（Conventional Transfer Path Analysis， CTPA）、工況傳遞路徑分析OTPA和擴(kuò)展工況傳遞路徑分析（Operational-Xtransfer Path Analysis， OPAX）等。OTPA采用激勵(lì)源懸置系統(tǒng)被動(dòng)端的加速度響應(yīng)信號(hào)替代激勵(lì)源的激振力，因此OTPA法無(wú)需拆除激勵(lì)源、用力錘或激振器激勵(lì)獲取傳遞函數(shù)，僅需根據(jù)激勵(lì)源懸置系統(tǒng)被動(dòng)端的加速度響應(yīng)信號(hào)和目標(biāo)點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號(hào)來(lái)求取傳遞率[9]，縮短了測(cè)試與建模時(shí)間，提高工作效率，因此本文采用該方法進(jìn)行分析。

針對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的合成，把路徑看作線性系統(tǒng)，車(chē)內(nèi)響應(yīng)是各個(gè)激勵(lì)源在車(chē)內(nèi)貢獻(xiàn)量的線性疊加，以傳遞函數(shù)形式表征，如公式（1）所示。

（1）

其中，表示車(chē)內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)噪聲頻域信號(hào)；表示第i個(gè)激勵(lì)源頻域信號(hào)；表示與第i個(gè)激勵(lì)源對(duì)應(yīng)的路徑傳遞函數(shù)。式（1）用矩陣形式可寫(xiě)為

（2）

即（3）

其中為輸出矩陣，為輸入矩陣，為傳遞率矩陣。為系統(tǒng)的第個(gè)輸出，為系統(tǒng)的第個(gè)輸出，則為到的傳遞函數(shù)。

基于OPTA合成的模擬輸出信號(hào)如下。

（4）

其中，為輸入的自功率譜，為輸出的互功率譜。在任意工況下，采用式（4）可對(duì)系統(tǒng)輸入進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)還可對(duì)激勵(lì)源的貢獻(xiàn)量大小進(jìn)行分析，將貢獻(xiàn)的幅值進(jìn)行排序，即可確定某一工況下最大的貢獻(xiàn)源，排查問(wèn)題所在，進(jìn)行下一步的完善及優(yōu)化。

2 模型建立

通過(guò)設(shè)定目標(biāo)輸出點(diǎn)、源參考輸入點(diǎn)、運(yùn)行工況三方面來(lái)創(chuàng)建源-路徑-貢獻(xiàn)模型，目標(biāo)輸出點(diǎn)一般設(shè)置在駕駛員的雙耳處，用傳聲器測(cè)量其聲音信號(hào)；電動(dòng)汽車(chē)噪聲包括結(jié)構(gòu)聲和空氣聲，結(jié)構(gòu)聲包括由電機(jī)振動(dòng)、路面激勵(lì)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的聲音，空氣聲包括電機(jī)、風(fēng)噪，以及路噪引起的聲音。通常，在車(chē)輪輪轂上、電機(jī)上設(shè)置結(jié)構(gòu)聲的源參考輸入點(diǎn)，用加速度傳感器測(cè)量其振動(dòng)信號(hào)，在車(chē)輪、電機(jī)附近設(shè)置空氣聲的源參考輸入點(diǎn)，用傳聲器測(cè)量其聲音信號(hào)。在前擋風(fēng)玻璃及兩個(gè)后視鏡位置，設(shè)置空氣聲的源參考輸入點(diǎn)，用傳聲器測(cè)量其聲音信號(hào)。

3 試驗(yàn)測(cè)試

本次試驗(yàn)采用LMS公司的聲振軟硬件測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)對(duì)象為某國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車(chē)。純電動(dòng)汽車(chē)在全油門(mén)加速運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載電流較大，易引起磁場(chǎng)飽和而導(dǎo)致電磁力波含量較多、幅值較大，從而產(chǎn)生較大的電磁振動(dòng)及噪聲[10]。該試驗(yàn)用車(chē)主要在市區(qū)內(nèi)使用，常用車(chē)速為0～100km/h這一區(qū)間。因此，選擇全油門(mén)加速0～100km/h這一典型工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，采集輪胎、電機(jī)、風(fēng)窗玻璃、左右側(cè)后視鏡等位置的噪聲。共使用5個(gè)三向加速度傳感器，布置在4個(gè)輪胎和電機(jī)安裝點(diǎn)上，9個(gè)傳聲器布置在4個(gè)輪胎、電機(jī)表面、前風(fēng)擋中心、左右側(cè)后視鏡及駕駛員右耳位置處，加速度傳感器采用膠水固定，傳聲器采用膠帶或扎帶固定，共5條結(jié)構(gòu)路徑及9條空氣路徑，如表1所示。部分傳感器位置如圖4、圖5所示。

通過(guò)試驗(yàn)獲得振動(dòng)噪聲信號(hào)，采用test. Lab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，圖6為車(chē)內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)。

4 傳遞路徑分析

4.1 貢獻(xiàn)量分析

采用test. Lab軟件中TPA分析模塊進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，得到加速工況下所測(cè)位置的貢獻(xiàn)量結(jié)果，對(duì)加速工況駕駛員耳旁噪聲實(shí)測(cè)頻譜數(shù)據(jù)與擬合的工況傳遞路徑合成貢獻(xiàn)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖7所示。

對(duì)比顯示，駕駛員耳旁噪聲實(shí)測(cè)值與OTPA貢獻(xiàn)值的頻譜曲線趨勢(shì)和幅值基本一致，可據(jù)此進(jìn)行各個(gè)路徑對(duì)耳旁噪聲貢獻(xiàn)量的詳細(xì)分析。圖8為駕駛員耳旁噪聲各路徑貢獻(xiàn)量結(jié)果。

總體來(lái)看，所有路徑中，左前輪3個(gè)方向的結(jié)構(gòu)聲路徑、左前輪空氣聲路徑的貢獻(xiàn)量最大，如按路面噪聲、電機(jī)噪聲級(jí)風(fēng)噪來(lái)區(qū)分，可以發(fā)現(xiàn)加速工況下車(chē)內(nèi)噪聲主要貢獻(xiàn)量來(lái)自路面的結(jié)構(gòu)噪聲，其他路徑貢獻(xiàn)量較小。

4.2 峰值聲壓貢獻(xiàn)量分析

駕駛員耳旁合成噪聲A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)如圖9所示，在279Hz左右出現(xiàn)了一個(gè)峰值聲壓，為探究造成該位置產(chǎn)生峰值聲壓的原因，對(duì)該頻率下的主要路徑貢獻(xiàn)量進(jìn)行具體分析。

由圖10可以看出，279Hz頻率下，結(jié)構(gòu)路徑中，貢獻(xiàn)量最大的五條路徑依次為左前輪Y向、X向、Z向，右前輪Y向，左后輪X向；空氣路徑中，貢獻(xiàn)量較大的路徑為左前輪、左后輪、電機(jī)。進(jìn)一步對(duì)這幾條路徑貢獻(xiàn)量大的原因進(jìn)行分析。

圖11為五條貢獻(xiàn)量較大的結(jié)構(gòu)路徑的輸入與傳遞率曲線。對(duì)于輸入，在279Hz位置，由大到小排序依次為左前輪Y向、X向、Z向、右前輪Y向、左后輪X向；而傳遞率方面，順序仍然為左前輪Y向、X向、Z向、右前輪Y向、左后輪X向。整體來(lái)看，左前輪的輸入顯著大于其他位置，而傳遞率除左前輪Y向和X向，其他位置均相差不大。

圖12為279Hz頻率貢獻(xiàn)量較大的三條空氣路徑的參數(shù)對(duì)比，加速工況時(shí)空氣路徑下，左前輪、左后輪、電機(jī)等位置的輸入相差不大，但左前輪和左后輪的傳遞率顯著大于電機(jī)，因此左前輪和左后輪的貢獻(xiàn)量相對(duì)更大。

綜合來(lái)看，造成左前輪結(jié)構(gòu)路徑貢獻(xiàn)量較大的原因主要為左前輪的輸入及傳遞率均較大，特別是左前輪Y向和Z向的輸入，顯著大于其他位置；造成左前輪和左后輪空氣路徑貢獻(xiàn)量較大的原因主要為傳遞率較大。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行0-100km/h加速工況實(shí)車(chē)測(cè)試，運(yùn)用工況傳遞路徑分析方法對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，建立以駕駛員右耳噪聲信號(hào)為目標(biāo)響應(yīng)，包含5條結(jié)構(gòu)路徑及9條空氣路徑的OTPA路噪分析模型。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)測(cè)得的車(chē)內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)及經(jīng)過(guò)OTPA合成的聲學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證得到信號(hào)基本一致，可用于后續(xù)貢獻(xiàn)量分析，分析各路徑總的貢獻(xiàn)量情況。最后，針對(duì)279Hz下駕駛員耳旁聲壓出現(xiàn)峰值這一問(wèn)題進(jìn)行具體的貢獻(xiàn)量分析，分別對(duì)比結(jié)構(gòu)路徑和空氣路徑的輸入及傳遞率，得出結(jié)論，左前輪胎的Y向?qū)铀俟r下車(chē)內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量最大，主要原因是其輸入及傳遞率均較大，左前輪胎的Y向及X向的輸入顯著大于其他路徑；而左前輪和左后輪空氣路徑貢獻(xiàn)量較大的原因主要為傳遞率較大。后續(xù)分析可據(jù)此對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的優(yōu)化改進(jìn)。

基金項(xiàng)目：重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJQN202103412）；重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題（2024KJB01022）。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘巧波.基于傳遞路徑的新能源汽車(chē)路面噪聲分析與優(yōu)化研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2022.

[2]魯媛，金鵬，王玉雷，等.車(chē)內(nèi)噪聲品質(zhì)的時(shí)域傳遞路徑分析[J].汽車(chē)工程，2019，41（12）：1435-1441.

[3]仲典，蔣偉康.工況傳遞路徑分析用于辨識(shí)車(chē)內(nèi)噪聲源[J].噪聲與振動(dòng)控制，2016，36（03）：110-114+146.

[4]王增偉，朱平，覃智威，等.相對(duì)傳遞路徑分析方法及其在轎車(chē)車(chē)身振動(dòng)分析中的應(yīng)用[J].汽車(chē)技術(shù)，2017（09）：34-39.

[5]唐中華，張志飛，陳釗，等.車(chē)內(nèi)低頻振動(dòng)噪聲的虛擬傳遞路徑分析[J].汽車(chē)工程，2020，42（04）：531-536+566.

[6]曾發(fā)林，魏良本，商志豪，等.傳遞路徑分析在車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2023（09）：37-40+44.

[7]黃濤，畢錦煙，涂梨娥.基于傳遞路徑分析的電動(dòng)汽車(chē)雨刮噪聲品質(zhì)優(yōu)化[J].湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，36（01）：33-37.

[8]陳克，徐蔣明.OTPA方法的純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲源識(shí)別分析[J].沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，41（03）：78-83.

[9]李樹(shù)華.基于OTPA的電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲影響分析[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)理工大學(xué)，2022.

[10]岳東鵬，夏洪兵，高輝，等.電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁噪聲的仿真分析[J].噪聲與振動(dòng)控制，2018，38（S1）：175-180.