基于噪聲傳遞函數的車內噪聲優化

李訓猛 孫艷亮

摘 要：噪聲傳遞函數是汽車NVH性能設計及評價的重要參考指標。通過TB車身聲固耦合模型的建立，利用噪聲傳遞函數的仿真分析，找出排氣系統一個吊鉤至車身的路徑風險較大。對風險較大的排氣吊鉤進行優化設計，使其噪聲傳遞函數符合性能要求。實車測試結果驗證了該方法的可行性。

關鍵詞：噪聲傳遞函數 車內噪聲 優化

NVH（振動、噪聲和舒適性）性能是汽車重要的性能之一。隨著人們對汽車各方面性能表現的要求原來越高，汽車NVH問題日益突出。據有關資料顯示，汽車售后反饋的問題中NVH相關問題占比超過30%。同樣，各大主機廠對車輛NVH性能的管控也尤為看重，車輛研發費用投入中，NVH相關費用占比超過20%。噪聲傳遞函數（NTF）能夠在車輛開發階段預測車內振動噪聲水平，發現潛在的NVH問題，并有效的解決。汽車在行駛過程中受到多種振動噪聲源的激勵，車內噪聲主要來自兩個方面：結構傳播噪聲和空氣傳播噪聲。其中，由發動機和排氣等系統的振動和路面激勵傳遞到車身而引起車身結構振動產生的噪聲稱之為結構傳播噪聲[1]。

本文通過聲固耦合和噪聲傳遞函數的分析方法，找到排氣系吊耳對車內噪聲貢獻量大的傳遞路徑，并對其位置進行優化，有效的降低車內噪聲水平。

1 噪聲傳遞函數（NTF）原理

噪聲傳遞函數（NTF），又稱聲振靈敏度。指當外界激勵作用到車身結構時，通過車身梁結構和柱結構在車身上傳播，車身板件受到激勵后向車內輻射，傳遞至人耳處形成聲壓[2]，其表達式可寫為[3]

{P}={H（p/f）}{f} ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中{P}表示特定位置的聲壓;{H（p/f）}表示從激勵源到目標位置聲壓響應的聲振傳遞函數;{f}表示施加在輸入位置的激勵力。從公式可以看出，車內目標位置聲壓響應大小不僅與激勵大小有關，而且與噪聲傳遞函數有關。當激勵大小不易改變時，需要從結構上尋求解決問題方法。車內結構聲是由外界激勵引起車身板件結構振動，同時車身板件與車內聲腔耦合向車內輻射而產生。

2 有限元模型

NTF分析采用模態頻率響應法，將車身結構和聲腔耦合仿真。在排氣吊耳與車身的連接點處施加1N的單位力，激勵頻率范圍為20～250Hz，結構模態阻尼比為4%，聲腔阻尼為0.12，模態頻率計算到600Hz。分析輸出主駕右耳處和右后乘客左耳處聲壓。某公司車型內飾車身有限元模型和駕駛室聲腔有限元模型如圖1所示。圖2表示本車型排氣系統吊耳布置位置情況。

3 仿真結果及優化

3.1 仿真結果

通過對排氣系統所有吊鉤位置的噪聲傳遞函數分析，發現排氣系統二號吊鉤位置Z向單位激勵下的傳遞函數平均處于較差水平。圖3位排氣系統二號吊鉤布置位置。

排氣系統二號吊鉤位置Z向單位激勵力作用下，車內主駕內耳和右后乘客內耳位置處的聲壓曲線，如圖4所示。對比排氣系統吊耳接附點NTF目標值60dB，主駕內耳在30-50Hz頻率段和70Hz/160Hz頻率點附近均超出目標值。右后乘客內耳在30-50Hz、80-110Hz、140-160Hz頻率段內均超出目標值。

3.2 優化

基于仿真結果，將排氣二號吊鉤Z向激勵下的噪聲傳遞函數超過目標值范圍的峰值頻率點的響應作為研究對象，對其進行模態貢獻量分析。發現中通道及地板部位的在39.2Hz、90.6Hz的模態均具有較高貢獻量，如圖5、6所示。

振動對車內的噪聲的傳遞路徑可分為幾個模塊：激勵和原點模塊、隔振模塊和車身結構[3]。基于本車型排氣吊耳初始設計位置，二號鉤處于中通道局部模態振型幅度較大的部位，且二號吊鉤處等效動剛度為631N/mm（X向）、992N/mm（Y向）、383N/mm（Z向），動剛度水平較低。此兩種因素皆不利于阻止外界激勵對車身能量的輸入。

通過以上分析，發現此排氣吊鉤噪聲傳遞函數較差的原因主要為布置位置不合理所造成的。基于車身結構框架已確定，通過改進車身結構成本過高，故對排氣二號鉤的位置布置和吊鉤結構進行優化設計。基于排氣系統管路路徑和車身結構，將排氣二號鉤布置在地板下縱梁處，如圖7所示。經分析，新方案二號吊鉤處等效動剛度為1617N/mm（X向）、4630N/mm（Y向）、1082N/mm（Z向），動剛度水平相對于原始有了較大幅度的提升。

圖8、圖9分別為排氣二號鉤優化前后主駕內耳和右后乘客內耳的噪聲傳遞函數對比分析。從圖中可以看出，原方案的噪聲傳遞函數主駕內耳在30-50Hz、70Hz、90-120Hz、160Hz四處聲壓峰值均大幅降低，聲壓基本降低至參考聲壓以下;右后乘客內耳在30-50Hz、80-100Hz、140-160Hz處的聲壓峰值同樣下降較多。根據噪聲傳遞函數的仿真結果，通過對排氣二號鉤的優化，二號鉤至車內的噪聲傳遞函數改善效果明顯。

4 實驗驗證

基于噪聲傳遞函數的排氣系統二號鉤仿真優化方案，進行實車驗證測試對比分析。發現在P檔AC OFF/ON、R檔AC ON和D檔AC OFF/ON狀態下，車內駕駛員左/右耳、右后乘客左耳均有較大程度。僅在P檔AC ON的工況下，車內噪聲水平小幅變差。綜合而言，此排氣吊鉤優化方案對車內噪聲水平作用較為明顯。

5 結論

本文中以某車型排氣吊鉤位置噪聲傳遞函數結果曲線在某些頻率段聲壓值過高，可能為引起車內噪聲較大的原因之一。針對排氣吊鉤位置及其原點動剛度進行優化。再通過實車測試驗證其方案前后車內聲壓的對比。驗證了所提優化方法的有效性。

參考文獻：

[1]馮海星，高云凱，劉爽.基于傳遞路徑分析的車內噪聲源識別[J].機械設計2013，30（7）：19-24.

[2]龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京：機械工業出版社，2015.

[3]周建文，龐劍.NTF分析在車內結構噪聲問題整改中的應用[J].汽車技術2009（12）：40-43.