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基于LMS Test. Lab 的車(chē)內聲振傳遞路徑分析
作者：
時(shí)間：2013-04-09
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 前言
汽車(chē)噪聲、振動(dòng)及因其而引發(fā)的車(chē)輛乘坐舒適性問(wèn)題，即NVH（Noise, Vibration Harshness）問(wèn)題， 是衡量汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)綜合性問(wèn)題。它給用戶(hù)的感受最直接，越來(lái)越影響到產(chǎn)品的美譽(yù)度和市場(chǎng)占有率，因此受到各大整車(chē)制造企業(yè)和零部件企業(yè)的普遍關(guān)。汽車(chē)內部噪聲和振動(dòng)現象，往往是由多個(gè)激勵，經(jīng)由不同的傳遞路徑抵達目標位置后疊加而成的。當今汽車(chē)新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，為了進(jìn)一步優(yōu)化整車(chē)NVH 性能，往往要綜合考慮各個(gè)激勵和傳遞路徑的情況，而傳遞路經(jīng)分析（TPA，Transfer Path Analysis）就是一個(gè)行之有效的方法。通過(guò)傳遞路徑分析，確定各途徑流入的激勵能量在整個(gè)問(wèn)題中所占的比例，找出傳遞途徑上對車(chē)內噪聲起主導作用的環(huán)節，通過(guò)控制這些主要環(huán)節，如使聲源的強度，路徑的聲學(xué)靈敏度等參數在合理的范圍里，以使車(chē)內噪聲控制在預定的目標值內。本文基于LMS SCANDAS MOBILE SCM05 便攜式采集前端及LMS Test. lab 8A 軟件對某國產(chǎn)轎車(chē)車(chē)內聲振傳遞路徑進(jìn)行分析，得出分析結果并為進(jìn)一步提高和改善整車(chē)NVH 性能奠定了基礎。
2 車(chē)輛聲振傳遞路徑分析原理
在工程振動(dòng)噪聲測試分析工作中，譜分析以及概率統計分析應用很多，但是都具有一個(gè)共同缺點(diǎn)， 要求對比試驗的條件和工況完全相同，否則無(wú)法進(jìn)行對比。同時(shí)，這樣試驗的工況十分復雜，要求處理的數據多，工作量非常大，而又很難用簡(jiǎn)單的圖表全面地說(shuō)明問(wèn)題。傳遞特性的分析能夠很好地解決上面說(shuō)的問(wèn)題，其分析結果具有較好的可比性，為了取得結果，一般僅需選擇一種工況進(jìn)行試驗就可以得到滿(mǎn)意的結果。由于傳遞特性分析具有這一突出的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程問(wèn)題上應用很普遍，從而得到迅速的發(fā)展。
車(chē)內噪聲總體上可分為結構聲和空氣聲兩種。在結構聲情況下，激勵源和目標點(diǎn)分屬于兩個(gè)不同的系統，激勵源一側的結構稱(chēng)為主動(dòng)方，目標點(diǎn)一側的結構稱(chēng)為受動(dòng)方，一般兩者在分界處（可稱(chēng)之為耦合點(diǎn)）通過(guò)某種耦合元件連接起來(lái)，具體可表現為發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)部件在車(chē)身上的支撐、鉸鏈及橡膠軸套等。比如，作為激勵源的發(fā)動(dòng)機為主動(dòng)方，車(chē)身結構為受動(dòng)方，其間的支撐為耦合元件。而目標可以是某點(diǎn)的聲壓，也可以是該點(diǎn)在某一自由度上的振動(dòng)。在空氣聲的情況下，路徑上不存在耦合點(diǎn)，如果有N 個(gè)輻射聲源，就形成N 條傳遞路徑。
假設系統是線(xiàn)性時(shí)不變的，則車(chē)內目標點(diǎn)的聲壓或振動(dòng)水平等于各激勵源以工作載荷激勵時(shí)沿不同路徑傳播到車(chē)內的能量的疊加，如圖1 所示。TPA 的目的是研究能量在這些路徑上的傳播情況。 
圖1 傳遞路徑分析模型
由以上分析和假設可知，來(lái)自不同路徑的所有部分貢獻構成了總響應， 
其中， Pn 為乘員位置n 處的總聲壓，Pijn 為傳遞途徑i 在j 方向對乘員位置n 總聲壓的部分貢獻。 
其中， Hijn 為傳遞路徑i 上j 方向到乘員位置n 的傳遞函數（結構-聲學(xué)傳遞函數或聲學(xué)傳遞函數）， Sij 為傳遞路徑i 上j 方向上的實(shí)際激勵。
由式(2)可知，進(jìn)行傳遞路徑分析的主要工作包括：
（1）工作載荷的獲取。對于結構聲，是各耦合點(diǎn)處每個(gè)自由度上的工作力輸入；對于空氣聲則是聲源的體積速度/加速度。該項工作需要大量的試驗數據作為輸入，是TPA 最繁重的部分，也直接決定分析結果的可信程度。
（2）路徑頻響函數的獲取。對于結構聲，測量耦合點(diǎn)處每個(gè)自由度到響應位置的頻響函數，測量時(shí)受動(dòng)方與主動(dòng)方應在各耦合點(diǎn)處應解耦。對空氣聲，測量目標點(diǎn)到聲源的頻響函數。
3 試驗測試
國內某新型B 級轎車(chē)在試制過(guò)程中，發(fā)現1500rpm 左右車(chē)內有共振現象，本文利用LMS SCANDAS MOBILE SCM05 便攜式采集前端及LMS Test. lab 8A 軟件對該車(chē)進(jìn)行聲振傳遞路徑分析，得出了問(wèn)題的根源所在，提出了解決方案，為進(jìn)一步提高該車(chē)的NVH 性能奠定了堅實(shí)的基礎。
3.1 測試系統
LMS SCADAS Mobile SCM05 前端與LMS Test. Lab 8A 實(shí)時(shí)分析軟件無(wú)縫地集成組成一個(gè)強大的聲-振分析儀與記錄儀，它具有傳統分析儀使用方便的特點(diǎn)，同時(shí)它又是一個(gè)先進(jìn)的噪聲和振動(dòng)測量系統， 具有高速的性能和強大的測量能力。同時(shí)，LMS Test. Lab 8A 可以使試驗進(jìn)行得更有效、更方便；它可以使試驗部門(mén)的工作效能大大地提高，并利用現有的試驗設備獲得更高的回報；即使可用的實(shí)物樣機大大減少，它還是可以得到更全面可靠的試驗結果，有效地利用試驗數據。測試系統如圖2 所示，主要由LMS SCADAS Mobile SCM05 前端（24 通道）、LMS Test. Lab 8A 分析軟件、ICP 加速度傳感器以及ICP 聲學(xué)傳感器組成。
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