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路面噪声传递路径分析与优化
2018-02-27 13:23:36·
1 介绍路面噪声是车辆NVH性能开发过程中控制的一个重要指标。它作为车内主要声源影响乘员舒适性。按照传递路径不同，路噪可分为结构传递声与空气传递声。本文介绍传递路径法（下文简称TPA）在结构传递声分析与优化中的应用。结构传递路噪典型递路径如下。路面激励通过轮胎传递到轮心，轮心传入悬架，再通过悬架传递到车身。
1 介绍
路面噪声是车辆NVH性能开发过程中控制的一个重要指标。它作为车内主要声源影响乘员舒适性。按照传递路径不同，路噪可分为结构传递声与空气传递声。本文介绍传递路径法（下文简称TPA）在结构传递声分析与优化中的应用。
结构传递路噪典型递路径如下。路面激励通过轮胎传递到轮心，轮心传入悬架，再通过悬架传递到车身。其中悬架与车身界面有多条传递路径。使用TPA方法能识别出噪声传递的主要路径和次要路径。随着建模、求解以及后处理的进步，基于仿真的TPA方法能够在早期快速准确的分析问题。
影响路噪的主要因素有轮胎、悬架形式、衬套刚度以及车身侧底盘连接点的噪声传递函数。越软的衬套和轮胎隔振效果越好，对路噪越有利。但衬套过软会影响车辆的操控稳定性。为了不影响操控稳定性，本文重点关注车身噪声传递函数的优化。受限于燃油经济性的限制，传递函数优化不能以牺牲重量为代价。使用TPA方法识别出关键路径，能在不牺牲重量的情况下满足整车振动噪声的要求。
分析工况如图1所示，对轮心施加0到200Hz的单位激励，响应点为驾驶员人耳处声压。得到图2所示的分析结果。从结果可以看出，峰值出现在110Hz和130Hz。主要贡献来自于后悬架。
单独对后悬架做TPA分析。后悬架为扭力梁结构，与车身有6个连接点，忽略扭转自由度，共有18条传递路径，分别为左右拖曳臂安装点，减震器安装点和弹簧安装点。传统的TPA法需要分别计算传递路径和和传递力。HyperWorks12.0提供了一个新功能，借助PFPATH卡片，基于仿真的TPA计算一次完成，求解器会自动将分析所需所有物理量输出到H3D文件中。计算完成后将分析结果导入NVH Utilities中的Transfer Path Analysis模块，该工具会自动进行后处理。整个分析流程大为简化。
对该路径的传递函数进行优化。通过板块贡献量分析，发现C柱和顶棚对该传函贡献量最大。优化工作围绕这两个板块进行。
3.1 C柱优化
在白车身上进行ERP分析。加载点与噪声传递函数一致，选择后减震器安装点。ERP响应面选择C柱区域。分析结果如图6所示，从结果可以看出C柱在110Hz显示了较高的辐射声功率。对该区域加筋优化后110Hz，辐射声功率下降了4dB。
3.2 顶棚优化
顶棚优化不影响造型，通过以下两个方案实现。
4 结论
本文使用纯仿真的TPA方法，找到了影响路噪的关键传递路径。通过对该路径的优化将整车的噪声水平有效降低。借助HyperWorks 12.0整个分析的流程得到简化，提高了分析效率。
路面噪声是车辆NVH性能开发过程中控制的一个重要指标。它作为车内主要声源影响乘员舒适性。按照传递路径不同，路噪可分为结构传递声与空气传递声。本文介绍传递路径法（下文简称TPA）在结构传递声分析与优化中的应用。
结构传递路噪典型递路径如下。路面激励通过轮胎传递到轮心，轮心传入悬架，再通过悬架传递到车身。其中悬架与车身界面有多条传递路径。使用TPA方法能识别出噪声传递的主要路径和次要路径。随着建模、求解以及后处理的进步，基于仿真的TPA方法能够在早期快速准确的分析问题。
2 分析方法
影响路噪的主要因素有轮胎、悬架形式、衬套刚度以及车身侧底盘连接点的噪声传递函数。越软的衬套和轮胎隔振效果越好，对路噪越有利。但衬套过软会影响车辆的操控稳定性。为了不影响操控稳定性，本文重点关注车身噪声传递函数的优化。受限于燃油经济性的限制，传递函数优化不能以牺牲重量为代价。使用TPA方法识别出关键路径，能在不牺牲重量的情况下满足整车振动噪声的要求。
图1 工况示意图
图2 计算结果
分析工况如图1所示，对轮心施加0到200Hz的单位激励，响应点为驾驶员人耳处声压。得到图2所示的分析结果。从结果可以看出，峰值出现在110Hz和130Hz。主要贡献来自于后悬架。
单独对后悬架做TPA分析。后悬架为扭力梁结构，与车身有6个连接点，忽略扭转自由度，共有18条传递路径，分别为左右拖曳臂安装点，减震器安装点和弹簧安装点。传统的TPA法需要分别计算传递路径和和传递力。HyperWorks12.0提供了一个新功能，借助PFPATH卡片，基于仿真的TPA计算一次完成，求解器会自动将分析所需所有物理量输出到H3D文件中。计算完成后将分析结果导入NVH Utilities中的Transfer Path Analysis模块，该工具会自动进行后处理。整个分析流程大为简化。
3 分析与优化
110Hz的TPA结果如图3所示，贡献量最大的路径为后减震器。分别查看传递力图4与传递函数图5可看出，传递力与传递函数在110Hz附近峰值重合，导致了该路径的贡献最大。
图3 110Hz路径贡献量
图4 后减震器传递力
图5 后减震器传递函数
对该路径的传递函数进行优化。通过板块贡献量分析，发现C柱和顶棚对该传函贡献量最大。优化工作围绕这两个板块进行。
3.1 C柱优化
在白车身上进行ERP分析。加载点与噪声传递函数一致，选择后减震器安装点。ERP响应面选择C柱区域。分析结果如图6所示，从结果可以看出C柱在110Hz显示了较高的辐射声功率。对该区域加筋优化后110Hz，辐射声功率下降了4dB。
图6 C柱ERP分析结果
3.2 顶棚优化
顶棚优化不影响造型，通过以下两个方案实现。
a）增加一根顶棚横梁，以提高顶棚模态
b）在顶棚增加阻尼垫，减小顶棚振动幅值
以上两个优化方案实施后，减小了传递路径上的幅值。将方案放回整车模型中验证，结果以上两个优化方案实施后，减小了传递路径上的幅值。将方案放回整车模型中验证，结果所示，方案1和方案2分别将110Hz声压幅值降低了2dB，两个方案同时实施将幅值共降低了4dB。结果表明在TPA方法找到关键路径。通过对该路径的优化，成功降低了整车所关注频率的噪声水平。
4 结论
图7 最终优化结果
本文使用纯仿真的TPA方法，找到了影响路噪的关键传递路径。通过对该路径的优化将整车的噪声水平有效降低。借助HyperWorks 12.0整个分析的流程得到简化，提高了分析效率。
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