倪晉挺

(安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與軌道學(xué)院，安徽 蕪湖 241002)

在汽車的前期開發(fā)過程中,車內(nèi)噪聲和振動是評價車輛舒適性的重要指標之一。通常來說，動總激勵引起乘員艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)噪聲和振動，其通過懸置、進氣、排氣等傳遞路徑疊加貢獻而成，而動總表面、進氣口、排氣口等噪聲源產(chǎn)生的空氣噪聲則通過鈑金縫隙、密封堵件等路徑傳遞至車內(nèi)。因此，為了獲得較好的整車NVH性能，需要研究各個路徑的激勵大小和傳遞路徑的貢獻情況，并針對研究分析的結(jié)果采取有效的處理措施[1-6]。

傳遞路徑分析(TPA)方法是非常有效的方法之一。通過TPA研究，能夠找出對駕駛艙內(nèi)的振動噪聲貢獻比較突出的路徑。通過控制和改進這些路徑的激勵力或傳遞特性，使車內(nèi)噪聲滿足預(yù)定的產(chǎn)品開發(fā)目標。傳統(tǒng)TPA雖然精度相對較高，但需要進行傳遞函數(shù)及識別載荷，測試工作繁瑣[7-12]。而工況傳遞路徑(Operational Transfer Path Analysis，OTPA)只需要采集運行工況的響應(yīng)信號，具有便捷快速的優(yōu)點。

文中旨在利用OTPA原理，運用LMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及LMS Testlab軟件測試方向盤及傳遞路徑的振動頻域信號，采用LMS后處理模塊進行方向盤振動合成，對各傳遞路徑貢獻量進行分析，識別得到方向盤振動的主要貢獻路徑，并對貢獻較大的路徑進行驗證。

1 TPA方法的基本原理

1.1 傳統(tǒng)TPA方法

傳統(tǒng)TPA方法是假設(shè)汽車系統(tǒng)是線性不變的，即車內(nèi)關(guān)注位置的噪聲或振動等于對應(yīng)工作工況下，各激勵源以工作載荷激勵時從不同的傳遞路徑傳播到車內(nèi)的能量的疊加[4]。傳統(tǒng)TPA的理論分析公式為

(1)

傳遞函數(shù)的測量需要把主動部件拆除，避免與待測系統(tǒng)發(fā)生耦合。然后通過力錘或激振器對各傳遞路徑的連接點進行激勵，分別得到各個路徑激勵位置附近的局部振動響應(yīng)及目標位置的傳遞函數(shù)響應(yīng)。

傳遞路徑上的載荷獲取可通過直接法、懸置剛度法及逆矩陣法獲取。用直接法獲取的力最為準確, 但通常由于力傳感器安裝困難, 所以應(yīng)用較少。實際工程中，經(jīng)常用的是懸置剛度法及逆矩陣法，其中，以逆矩陣法應(yīng)用最為廣泛。逆矩陣法獲取某一個傳遞路徑，工作工況下的激勵載荷是通過各傳遞路徑連接點的響應(yīng)ui(ω)乘以傳遞函數(shù)矩陣Hij(ω)的廣義逆矩陣,識別得到連接點的激勵載荷Fi(ω)，表示為

(2)

由于通常情況下并不能保證傳遞函數(shù)矩陣絕對的滿秩,所以式(2)中*表示求取矩陣的廣義逆。在獲取傳遞函數(shù)矩陣及連接點的工作載荷后，即可運用式(1)，得到關(guān)注位置的傳遞路徑貢獻量結(jié)果[9]。

1.2 工況TPA(OTPA)方法

OTPA與傳統(tǒng)TPA重要的區(qū)別在于：OTPA不需要進行傳遞函數(shù)的測量，也不需要進行單獨的載荷識別，可以直接使用運行工況下的測試數(shù)據(jù)。因此，不需要進行車輛的拆解，工作效率較高。

OTPA方法基于傳遞率計算的準則，將目標點響應(yīng)表示為不同路徑連接點位置的響應(yīng)組合形式[13-14]

(3)

信用部的主要職責(zé)是：確保銷售合同中的權(quán)利與義務(wù)條款符合法律規(guī)定以及公司要求，同時核對金額，查看是否有重大事項的遺漏；在合同執(zhí)行過程中，進行全面跟蹤，看雙方是否按照合同要求嚴格執(zhí)行；收集客戶信息，建立并備份客戶檔案，調(diào)查客戶資信情況；根據(jù)客戶資信情況制定相對應(yīng)的信用政策；對客戶信用科學(xué)評分，根據(jù)評分對客戶信用分等級，根據(jù)不同等級制定不同的信用額度，綜合評估客戶，并進行后續(xù)跟蹤；在需要通過法律途徑回收賬款時，提交有關(guān)合同文件配合相關(guān)工作。

傳遞率通過式(3)得到，以結(jié)構(gòu)振動傳遞部分為例說明如下：

Yk={T′}·{a}?{Yk·a′}={T′}·(a·a′)?

{T′}={Yk·a′}·{a·a′}-1.

(4)

由此可見，傳遞率函數(shù)可求解的條件是自功率譜矩陣{a·a}-1可逆。因此，自功率譜矩陣必須是滿秩矩陣。為了避免矩陣奇異，獲得振動響應(yīng)矩陣{a}的各行向量應(yīng)互不相關(guān)，才能完成奇異值分解，進而得到各路徑的傳遞率是解耦的，即運行工況的數(shù)量應(yīng)該大于等于目標響應(yīng)點的點數(shù)[14-15]。

OTPA分析方法相對于傳統(tǒng)TPA，由于只需要采集工作工況的數(shù)據(jù)，因此，可以大大減小測試時間。但OTPA分析方法存在以下缺陷，例如識別精度不如傳統(tǒng)TPA分析，有可能存在關(guān)鍵傳遞路徑未被識別的情況，或者不同傳遞路徑之間存在耦合，導(dǎo)致疊加合成的目標點響應(yīng)存在差異，使分析結(jié)果不準確。

因此，在利用OTPA進行運行工況分析時，需要對運行工況下各傳遞路徑疊加的響應(yīng)與測試目標點的響應(yīng)進行對比，確保合成結(jié)果與測試結(jié)果差異在可接受范圍，進而保證關(guān)鍵貢獻路徑識別的正確性。

2 OTPA方法的應(yīng)用案例

某AT車型動力總成為4缸發(fā)動機，懸置系統(tǒng)采用三點懸置，發(fā)動機怠速設(shè)計轉(zhuǎn)速為(750±30) r·min-1。在怠速工況、空調(diào)開啟狀態(tài)下，車輛處于P檔、D檔及N檔狀態(tài)的情況下，方向盤均出現(xiàn)明顯的振動，比較惡劣，主觀評價難以接受[16]。

圖1 方向盤振動(依次為X，Y，Z方向)

根據(jù)怠速工況下發(fā)動機的設(shè)計轉(zhuǎn)速可以計算得到發(fā)動機2階激勵的頻率為24～26 Hz、4階激勵頻率為48～52 Hz、6階激勵頻率為72～78 Hz，激勵頻率與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)X向及Z向的振動峰值頻率接近，因此，可以判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)X向及Z向的振動峰值是由發(fā)動機的主階次激勵導(dǎo)致的。但方向盤Y向在36 Hz的振動峰值，遠離激勵發(fā)動機的主階次激勵頻率，因此，與發(fā)動機主階次激勵關(guān)系不大。

根據(jù)工程經(jīng)驗，初步判斷方向盤Y向在36 Hz的振動峰值很有可能與冷卻風(fēng)扇激勵有關(guān)。通過測試發(fā)現(xiàn)，上述運行工況下，冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為2 040 r·min-1，如圖2所示，其對應(yīng)的工作基頻為34 Hz，考慮到冷卻風(fēng)扇工作電壓波動會引起轉(zhuǎn)速小范圍變化，可以判斷是冷卻風(fēng)扇激勵，與方向盤Y向在36 Hz的振動峰值相關(guān)。

圖2 冷卻風(fēng)扇的工作轉(zhuǎn)速

以方向盤Z向振動為例，通過OTPA方法，排查引起方向盤Z向怠速振動偏大的關(guān)鍵路徑。根據(jù)OTPA方法的原理，將三向加速度傳感器布置在懸置、排氣管吊耳、冷卻風(fēng)扇等車身側(cè)位置，詳細測點布置描述如表1所示(由于傳感器數(shù)量限制，僅布置靠近發(fā)動機附近的排氣吊耳)。

表1 傳感器布置位置

車輛的運行工況為怠速工況，分別測試不同的檔位狀態(tài)(P檔、D檔及R檔)，測試工況及詳細描述如表2所示。

表2 測試工況說明

由于OTPA分析方法的缺陷性，首先需要將各傳遞路徑合成的振動響應(yīng)結(jié)果與方向盤Z向的振動響應(yīng)進行對比，確保二者差異在可接受范圍。

車輛處于D檔，空調(diào)啟動(AC ON)狀態(tài)，方向盤Z向振動測試結(jié)果與通過OTPA方法合成的振動響應(yīng)對比結(jié)果如圖3所示。從測試結(jié)果來看，方向盤Z向測試結(jié)果與OTPA合成結(jié)果基本一致，可以對此進行下一步貢獻量分析。

圖3 方向盤Z向振動測試與OTPA合成結(jié)果對比

利用LMS Testlab軟件，對各貢獻路徑上的合成振動響應(yīng)結(jié)果進行貢獻量分解。由圖4可以看出，怠速工況下對方向盤Z向振動的傳遞路徑進行分析，貢獻量最大的傳遞路徑是發(fā)動機懸置，其次是排氣管吊耳。此外，冷卻風(fēng)扇及冷卻管道在車身的安裝點，對方向盤Z向振動也有一定的貢獻。

圖4 方向盤Z向振動貢獻量分析

確定貢獻路徑后，可以從發(fā)動機懸置及排氣吊耳兩個貢獻較大的路徑入手，從懸置安裝點的車身結(jié)構(gòu)、排氣吊鉤的模態(tài)、懸置及排氣吊耳的隔振特性等進行研究。經(jīng)過優(yōu)化處理后，對測試車輛進行主觀評價，怠速工況、空調(diào)開啟、換擋機構(gòu)處于D檔狀態(tài)、方向盤Z向振動得到基本解決，可以滿足產(chǎn)品開發(fā)要求。

3 結(jié) 論

1)對傳統(tǒng)傳遞路徑及工況傳遞路徑分析方法的原理、方法及優(yōu)缺點進行介紹。OTPA分析方法與傳統(tǒng)的傳遞路徑分析方法相比，測試過程簡單方便，大大提高了工作效率。

2)針對某車型出現(xiàn)的方向盤怠速振動問題進行工況傳遞路徑分析，找到了怠速振動的主要貢獻路徑，并通過改進措施解決了該問題。