基于传递路径分析法的车内噪声优化

1、问题描述

某款乘用车 2 挡全油门加速工况车内噪声大，且存在轰鸣声的问题，具体测试结果，如图 1 所示。从图 1 中可以看出，车内司机右耳处存在220～280 Hz 的共振噪声，对其进行平均频谱分析，结果如图 2 所示，可见噪声能量主要集中在 250 Hz 左右。

图1  2挡全油门加速工况司机右耳噪声频谱       图2  2挡急加速司机右耳噪声平均频谱图

2、原因分析

2.1 OPAX分析

对该车进行传递路径分析，考虑到全油门加速工况下发动机噪声为车内噪声的主要来源，包括结构传递噪声和空气传递噪声，其中结构传递噪声包括发动机右悬置传递路径和变速箱左悬置、后悬置传递路径，每条路径测试 3 个方向的加速度值，空气传递噪声包括动力总成的 6 个表面噪声，其中底面又分为发动机底面和变速箱底面。故文章共分析 16 条传递路径，使用的设备是 LMS SCADAS Mobile 数据采集系统，LMS Test. Lab12A 软件，具体试验分为以下 2 步。

第一步：工况数据测试。工况数据是指整车实际工作状态下所有激励源的输入、目标点和参考点的响应。文章中测试工况为 2 挡全油门加速，测点为车内司机右耳处噪声，3 个悬置主被动端各 3 个方向的加速度，动力总成外表面的 7 处噪声，此外还需选取副驾驶右耳和后排中间位置作为参考点。

第二步：频响函数测试。文章中采用互易法，在车内司机右耳处放置体积声源，主要关心的频率在 250 Hz左右，所以应选取低频体积声源，测试频率范围在 20～800 Hz，测试 16 条路径处的响应值，即可获得频响函数。重复以上操作，测试参考点到路径的频响函数。

利用 OPAX 法进行传递路径分析，可以得到各条路径对目标点的贡献量，具体结果如图3所示，因为共振能量主要集中在 250 Hz 左右，将光标固定在该频率附近，可以得出在该频率附近对车内噪声影响较大的路径依次是左悬置 Y 向、左悬置 Z 向、右悬置 Y 向、发动机左面等。

图3  OPAX 分析的各路径贡献量

2.2 悬置支架分析

通过以上传递路径分析结果可知，对于 250 Hz 左右共振噪声影响较大的路径为动力总成左右悬置，进一步检查左右悬置的工况数据，如图4 所示，可以看出，左悬置的 3 个方向，以及右悬置的 Y 向均存在250 Hz 左右的共振带。

图4  2挡急加速左右悬置车身侧振动图谱

3、优化设计与方案验证

鉴于以上测试结果，对左右悬置进行优化，采取措施为提高悬置支架固有频率，消除或减弱 250 Hz 左右的共振，具体优化方案如图 5 和图 6 所示。优化前后车内噪声变化情况的试验对比结果，如图 7 所示，可见悬置支架优化后，车内 250 Hz 左右共振带明显减弱，对比优化前后的总声压级（OA 值），结果如图 8 所示，声压级平均降低 2 dB（A）。通过主观评价进一步验证了车内噪声明显降低，轰鸣声消失。

图 5 左悬置优化方案               图 6 右悬置优化方案

图7  2WOT司机右耳噪声频谱对比       图8  2WOT司机右耳声压级对比

鉴于动力总成噪声对车内噪声也有较大影响，检查动力总成表面到车内司机右耳的频响函数 FRF，具体结果如图 9 所示。一般要求频响函数应控制在 55 dB以下，本例中大部分频响函数不满足要求，可以进一步优化，以降低车内噪声，可采取的方案有：加厚前围隔热垫、增加前围金属钣金件厚度、改善过孔密封情况等。此问题超出文章的研究范围，将不做深入研究。

图 9 动力总成到司机右耳频响函数

4、总结及优化建议

文章主要是解决某款车型 2 挡全油门加速工况下，车内噪声大且存在轰鸣声的问题，在问题的识别和解决过程中，得到以下结论：

1）根据 2 挡全油门加速工况下驾驶员右耳频谱图及其平均频谱图可知，导致车内噪声大且存在轰鸣声的主要原因是在 250 Hz 左右存在共振带，应用 OPAX方法，分析得出引起该共振带的原因是动力总成左右悬置支架模态频率也在 250 Hz 左右。
    2）为了消除或减弱共振带可以采取的措施是提高悬置支架模态频率，增加其刚度。经过试验验证，悬置支架优化后，车内噪声降低，主观评价轰鸣声消失。
    3）频响函数测试结果显示，动力总成表面到驾驶员右耳之间的频响函数不满足小于 55 dB 的要求，可进一步优化前围部件，降低车内噪声。
    4）在以上问题的解决中，传递路径分析方法起到了主要作用，只要能够建立准确的 TPA 模型，实施高质量的测试，传递路径分析方法就能准确识别出贡献量最大的路径，为问题的解决指明方向。