NVH|什么是扩展工况传递路径分析方法

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本篇文章开始首先对上期【NVH|浅议传递路径分析(一)】做一个简单的回顾。上期文章（详见文末）中，对传递路径分析(TPA)方法理论知识进行了简要的介绍，以汽车的【源-传递路径-接受体】TPA分析模型为例，阐述了TPA方法的流程和主要工作内容（即频响函数测试和工况载荷识别），同时对比了不同TPA方法的优缺点，以便于在工程应用中根据实际需求选择适合的TPA方法。

在熟悉了各类型TPA方法之后，本篇文章以笔者参与过的一个实际案例（发动机悬置动刚度分析）来简单阐述扩展工况传递路径分析方法(Operational-Xtransfer path analysis，OPAX)是如何进行振动传递路径分析的。

1、何为OPAX方法

OPAX方法是由LMS公司的Karl Janssens等人提出并应用于工程实践，这种方法结合系统的运行工况数据和频响函数，基于参数化模型进行工作载荷识别，测试数据量相对较少，工作效率较高。在系统刚度系数未知及相同分析精度要求条件下，更容易实现。由于目标点处的响应是各激励源的工作载荷激励沿不同路径传递到目标点能量的叠加，则目标点的振动响应可表示为下式。

采用OPAX方法进行系统的传递路径分析时，一般是由直接测量法或互易法获得系统的频响函数，这一点与传统TPA方法一致，而工作载荷识别是通过刚度参数化模型来实现的。OPAX方法在建模过程中增加了指示点，分析精度随着指示点数量不同而具有一定的可调性，其原理示意图如下。

当采用逆矩阵法识别系统的工况载荷时，根据所测得的频响函数，建立响应与激励的耦合关系，由系统动力学方程对耦合点处工作载荷进行计算，可转化为含动质量mi，阻尼 ci和静刚度ki的函数，则第i条传递路径的贡献量可表示为下式。

2、如何应用OPAX方法？

2.1 问题发现及工况数据测试

根据市场反馈，某型匹配四点橡胶发动机悬置支撑直列六缸四冲程柴油发动机的车辆驾驶室地板出现异常振动，主观感受明显。项目团队对试验样车测试分析后发现，异常振动在车辆的定置稳态工况，发动机转速为1700rpm条件下出现。从频域角度分析，驾驶室地板的振动响应以垂向(z方向)振动为主，x，y，z三个方向的振动响应重合度较高。并且在100 Hz ~200Hz范围内的峰值远高于其他频率段，为引起振动的主要频率段。所测得的驾驶室地板振动响应如下图。

在兼顾工作效率和分析精度的基础上，项目团队讨论后决定采用OPAX方法进行车辆的振动传递路径分析，识别主要传递路径，为解决振动问题提供参考指导。整体工作时间大约一周，当然加班是肯定的，虽然有点累，但是问题的解决还是稍稍有点成就感。期间项目团队的工作流程以及主要工作内容如下图。

2.2 频响函数测试

测试过程中，采用力锤激励的方式获取试验样车的频响函数，在x，y，z方向分别以均匀力度进行多次敲击发动机悬置被动端，计算均值作为最终结果。(此处应注意，在所关注频率点处的相干系数越趋近于1，说明所测得FRF的可信度越高)。其中发动机左后悬置y方向到驾驶室地板的频响函数如下图。

2.3 工况载荷识别

由于发动机前后悬置的大小、刚度等参数存在一定区别，对发动机悬置动刚度曲线拟合后发现，发动机前悬置动刚度曲线变化基本一致，后悬置曲线变化差异较大，右后悬置的动刚度较高。结合前文所测得数据进行分析，得出较高的工况载荷结果如下图。

2.4 路径贡献量计算

对各条传递路径相对目标点的振动贡献量计算分析后发现，引起驾驶室地板异常振动的主要来源于发动机，贡献量最大的路径为发动机右后悬置z方向-驾驶室地板。由于数据量相对较大，文中以振动传递路径对目标点z方向振动贡献量大小的排序来说明，如下图。

进一步以合成值和实测值的吻合情况，来评价所建OPAX分析模型的准确度。发现合成值与实测值曲线的变化趋势相近，仅存在数值上微小的差异。由于忽略了频响函数测试过程中锤击方向与实际工作载荷方向的偏差、整车系统的非线性等原因，可认为各路径振动贡献量大小分布趋势是准确的，即所建OPAX分析模型比较准确，分析结果的可信度较高。

根据分析结果，与配套厂家联合重新匹配设计发动机悬置，调整相关参数。后续测试分析证明，采用改进后发动机悬置的试验样车驾驶室地板异常振动消失，并且在关注频率段内整体的振动响应明显减小，达到预期效果。

以上是笔者(博然)参与的一个关于OPAX方法的工程应用案例，期间跟随团队的NVH高级工程师学习了不少关于传递路径分析测试的知识，在此表示感谢。

本文完。

来源：CAEer

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首次发布时间：2023-06-29