摘 要：傳遞路徑分析是汽車領(lǐng)域常用的聲振測試分析方法，為識別某電動汽車車內(nèi)噪聲來源，區(qū)分各噪聲激勵對車內(nèi)噪聲的影響程度，基于工況傳遞路徑分析方法，以駕駛員耳旁聲壓信號為響應(yīng)，以路面噪聲、風(fēng)噪、電機(jī)噪聲為激勵，建立該車車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)量分析模型，進(jìn)行0至100km/h加速工況下的貢獻(xiàn)量分析，并針對某一峰值聲壓處的貢獻(xiàn)量做具體分析。結(jié)果表明，左前輪胎的結(jié)構(gòu)路徑對加速工況下車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量最大，其輸入顯著大于其他路徑，后續(xù)分析可據(jù)此對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：工況傳遞路徑分析 貢獻(xiàn)量分析 路噪 傳遞函數(shù)

NVH（Noise Vibration and Harshness）性能是汽車的關(guān)鍵基礎(chǔ)性能，決定著汽車品質(zhì)和乘員乘坐舒適性。電動汽車采用電機(jī)驅(qū)動，沒有傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲，所以車內(nèi)噪聲環(huán)境總體比傳統(tǒng)汽車安靜。但電動汽車驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生的高頻電磁噪聲更加刺耳，且由于缺少發(fā)動機(jī)噪聲的掩蔽作用，輪胎噪聲和風(fēng)噪聲隨之成為電動汽車主要噪聲，此外，還有許多結(jié)構(gòu)件噪聲凸顯出來，如變速箱的齒輪噪聲、水泵噪聲以及電池組冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇噪聲等，在傳統(tǒng)汽車中這些噪聲對車內(nèi)聲品質(zhì)影響較小，缺少針對性的研究，但對于安靜的電動汽車，這些噪聲均應(yīng)予以重視。一般而言，在中低速行駛時(shí)，路面噪聲為主要噪聲來源，車速超過80km/h后，風(fēng)噪逐漸占主導(dǎo)地位，車速達(dá)到100km/h后，風(fēng)噪成為主要噪聲來源[1]。

車內(nèi)振動和噪聲是由多個(gè)激勵源經(jīng)多條路徑最終傳遞到乘員艙疊加而成的。傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis，TPA）是一種常用的噪聲與振動測試分析方法，該方法將車內(nèi)噪聲分解為不同激勵源的貢獻(xiàn)量結(jié)果[2]，對傳遞路徑及噪聲進(jìn)行測試分析，計(jì)算貢獻(xiàn)量以指導(dǎo)整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。近年來，已有不少學(xué)者對車內(nèi)振動及噪聲的傳遞路徑進(jìn)行研究。仲典[3]等應(yīng)用工況傳遞路徑分析方法實(shí)現(xiàn)車內(nèi)噪聲輻射源和振動激勵源快速辨識并驗(yàn)證。王增偉[4]等提出了一種基于全局傳遞率矩陣的相對傳遞路徑分析方法并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。唐中華等[5]在有限元模型上建立整車虛擬傳遞路徑分析模型，對車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)的峰值作診斷分析并優(yōu)化。曾發(fā)林[6]等針對車內(nèi)聲品質(zhì)優(yōu)化問題采用了傳遞路徑分析，識別出對車內(nèi)噪聲煩躁度貢獻(xiàn)最大的路徑，調(diào)整后聲品質(zhì)得到有效改善?？偟膩碚f，當(dāng)前相關(guān)研究主要集中在對TPA方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用TPA進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析[7]，從而指導(dǎo)找改善振動噪聲。

本文針對某電動汽車，基于工況傳遞路徑分析（Operational Transfer Path Analysis， OTPA）方法及車內(nèi)噪聲產(chǎn)生機(jī)理，建立以路噪、電機(jī)、風(fēng)噪為輸入，駕駛員耳旁聲壓信號為目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的OTPA模型，采集電動汽車0至100km/h加速工況下的數(shù)據(jù)。通過對比試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果和OTPA貢獻(xiàn)量結(jié)果驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，最后對電動汽車加速工況進(jìn)行車內(nèi)噪聲源貢獻(xiàn)量分析，為后續(xù)進(jìn)行針對性的結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化分析提供。

1 基礎(chǔ)理論

根據(jù)傳遞路徑的不同，車內(nèi)噪聲可分為結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲兩種。結(jié)構(gòu)噪聲是指激勵源振動通過結(jié)構(gòu)件傳遞到車身引起車身振動，再由車身鈑金件振動輻射而形成的噪聲；空氣噪聲則是各種噪聲源所輻射的噪聲通過空氣，經(jīng)由車身板壁、縫隙或者孔洞傳播到車內(nèi)而形成的噪聲[8]，如圖1所示。

當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的傳遞路徑分析方法包括傳統(tǒng)傳遞路徑分析方法（Conventional Transfer Path Analysis， CTPA）、工況傳遞路徑分析OTPA和擴(kuò)展工況傳遞路徑分析（Operational-Xtransfer Path Analysis， OPAX）等。OTPA采用激勵源懸置系統(tǒng)被動端的加速度響應(yīng)信號替代激勵源的激振力，因此OTPA法無需拆除激勵源、用力錘或激振器激勵獲取傳遞函數(shù)，僅需根據(jù)激勵源懸置系統(tǒng)被動端的加速度響應(yīng)信號和目標(biāo)點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號來求取傳遞率[9]，縮短了測試與建模時(shí)間，提高工作效率，因此本文采用該方法進(jìn)行分析。

針對車內(nèi)噪聲的合成，把路徑看作線性系統(tǒng)，車內(nèi)響應(yīng)是各個(gè)激勵源在車內(nèi)貢獻(xiàn)量的線性疊加，以傳遞函數(shù)形式表征，如公式（1）所示。

（1）

其中，表示車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)噪聲頻域信號；表示第i個(gè)激勵源頻域信號；表示與第i個(gè)激勵源對應(yīng)的路徑傳遞函數(shù)。式（1）用矩陣形式可寫為

（2）

即（3）

其中為輸出矩陣，為輸入矩陣，為傳遞率矩陣。為系統(tǒng)的第個(gè)輸出，為系統(tǒng)的第個(gè)輸出，則為到的傳遞函數(shù)。

基于OPTA合成的模擬輸出信號如下。

（4）

其中，為輸入的自功率譜，為輸出的互功率譜。在任意工況下，采用式（4）可對系統(tǒng)輸入進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)還可對激勵源的貢獻(xiàn)量大小進(jìn)行分析，將貢獻(xiàn)的幅值進(jìn)行排序，即可確定某一工況下最大的貢獻(xiàn)源，排查問題所在，進(jìn)行下一步的完善及優(yōu)化。

2 模型建立

通過設(shè)定目標(biāo)輸出點(diǎn)、源參考輸入點(diǎn)、運(yùn)行工況三方面來創(chuàng)建源-路徑-貢獻(xiàn)模型，目標(biāo)輸出點(diǎn)一般設(shè)置在駕駛員的雙耳處，用傳聲器測量其聲音信號；電動汽車噪聲包括結(jié)構(gòu)聲和空氣聲，結(jié)構(gòu)聲包括由電機(jī)振動、路面激勵的結(jié)構(gòu)振動引起的聲音，空氣聲包括電機(jī)、風(fēng)噪，以及路噪引起的聲音。通常，在車輪輪轂上、電機(jī)上設(shè)置結(jié)構(gòu)聲的源參考輸入點(diǎn)，用加速度傳感器測量其振動信號，在車輪、電機(jī)附近設(shè)置空氣聲的源參考輸入點(diǎn)，用傳聲器測量其聲音信號。在前擋風(fēng)玻璃及兩個(gè)后視鏡位置，設(shè)置空氣聲的源參考輸入點(diǎn)，用傳聲器測量其聲音信號。

3 試驗(yàn)測試

本次試驗(yàn)采用LMS公司的聲振軟硬件測試系統(tǒng)，試驗(yàn)對象為某國產(chǎn)純電動汽車。純電動汽車在全油門加速運(yùn)行時(shí)驅(qū)動電機(jī)負(fù)載電流較大，易引起磁場飽和而導(dǎo)致電磁力波含量較多、幅值較大，從而產(chǎn)生較大的電磁振動及噪聲[10]。該試驗(yàn)用車主要在市區(qū)內(nèi)使用，常用車速為0～100km/h這一區(qū)間。因此，選擇全油門加速0～100km/h這一典型工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，采集輪胎、電機(jī)、風(fēng)窗玻璃、左右側(cè)后視鏡等位置的噪聲。共使用5個(gè)三向加速度傳感器，布置在4個(gè)輪胎和電機(jī)安裝點(diǎn)上，9個(gè)傳聲器布置在4個(gè)輪胎、電機(jī)表面、前風(fēng)擋中心、左右側(cè)后視鏡及駕駛員右耳位置處，加速度傳感器采用膠水固定，傳聲器采用膠帶或扎帶固定，共5條結(jié)構(gòu)路徑及9條空氣路徑，如表1所示。部分傳感器位置如圖4、圖5所示。

通過試驗(yàn)獲得振動噪聲信號，采用test. Lab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，圖6為車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)點(diǎn)測試數(shù)據(jù)。

4 傳遞路徑分析

4.1 貢獻(xiàn)量分析

采用test. Lab軟件中TPA分析模塊進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，得到加速工況下所測位置的貢獻(xiàn)量結(jié)果，對加速工況駕駛員耳旁噪聲實(shí)測頻譜數(shù)據(jù)與擬合的工況傳遞路徑合成貢獻(xiàn)量結(jié)果進(jìn)行對比，如圖7所示。

對比顯示，駕駛員耳旁噪聲實(shí)測值與OTPA貢獻(xiàn)值的頻譜曲線趨勢和幅值基本一致，可據(jù)此進(jìn)行各個(gè)路徑對耳旁噪聲貢獻(xiàn)量的詳細(xì)分析。圖8為駕駛員耳旁噪聲各路徑貢獻(xiàn)量結(jié)果。

總體來看，所有路徑中，左前輪3個(gè)方向的結(jié)構(gòu)聲路徑、左前輪空氣聲路徑的貢獻(xiàn)量最大，如按路面噪聲、電機(jī)噪聲級風(fēng)噪來區(qū)分，可以發(fā)現(xiàn)加速工況下車內(nèi)噪聲主要貢獻(xiàn)量來自路面的結(jié)構(gòu)噪聲，其他路徑貢獻(xiàn)量較小。

4.2 峰值聲壓貢獻(xiàn)量分析

駕駛員耳旁合成噪聲A計(jì)權(quán)聲壓級如圖9所示，在279Hz左右出現(xiàn)了一個(gè)峰值聲壓，為探究造成該位置產(chǎn)生峰值聲壓的原因，對該頻率下的主要路徑貢獻(xiàn)量進(jìn)行具體分析。

由圖10可以看出，279Hz頻率下，結(jié)構(gòu)路徑中，貢獻(xiàn)量最大的五條路徑依次為左前輪Y向、X向、Z向，右前輪Y向，左后輪X向；空氣路徑中，貢獻(xiàn)量較大的路徑為左前輪、左后輪、電機(jī)。進(jìn)一步對這幾條路徑貢獻(xiàn)量大的原因進(jìn)行分析。

圖11為五條貢獻(xiàn)量較大的結(jié)構(gòu)路徑的輸入與傳遞率曲線。對于輸入，在279Hz位置，由大到小排序依次為左前輪Y向、X向、Z向、右前輪Y向、左后輪X向；而傳遞率方面，順序仍然為左前輪Y向、X向、Z向、右前輪Y向、左后輪X向。整體來看，左前輪的輸入顯著大于其他位置，而傳遞率除左前輪Y向和X向，其他位置均相差不大。

圖12為279Hz頻率貢獻(xiàn)量較大的三條空氣路徑的參數(shù)對比，加速工況時(shí)空氣路徑下，左前輪、左后輪、電機(jī)等位置的輸入相差不大，但左前輪和左后輪的傳遞率顯著大于電機(jī)，因此左前輪和左后輪的貢獻(xiàn)量相對更大。

綜合來看，造成左前輪結(jié)構(gòu)路徑貢獻(xiàn)量較大的原因主要為左前輪的輸入及傳遞率均較大，特別是左前輪Y向和Z向的輸入，顯著大于其他位置；造成左前輪和左后輪空氣路徑貢獻(xiàn)量較大的原因主要為傳遞率較大。

5 結(jié)語

對某電動汽車進(jìn)行0-100km/h加速工況實(shí)車測試，運(yùn)用工況傳遞路徑分析方法對車內(nèi)噪聲進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，建立以駕駛員右耳噪聲信號為目標(biāo)響應(yīng)，包含5條結(jié)構(gòu)路徑及9條空氣路徑的OTPA路噪分析模型。通過對比試驗(yàn)測得的車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)及經(jīng)過OTPA合成的聲學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證得到信號基本一致，可用于后續(xù)貢獻(xiàn)量分析，分析各路徑總的貢獻(xiàn)量情況。最后，針對279Hz下駕駛員耳旁聲壓出現(xiàn)峰值這一問題進(jìn)行具體的貢獻(xiàn)量分析，分別對比結(jié)構(gòu)路徑和空氣路徑的輸入及傳遞率，得出結(jié)論，左前輪胎的Y向?qū)铀俟r下車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量最大，主要原因是其輸入及傳遞率均較大，左前輪胎的Y向及X向的輸入顯著大于其他路徑；而左前輪和左后輪空氣路徑貢獻(xiàn)量較大的原因主要為傳遞率較大。后續(xù)分析可據(jù)此對結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的優(yōu)化改進(jìn)。

基金項(xiàng)目：重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJQN202103412）；重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題（2024KJB01022）。

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