轻型客车低频声—固耦合噪声传递路径分析与控制

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随着汽车技术的发展与生活水平的提高,人们对汽车的乘坐舒适性要求逐日增高,而NVH性能是决定乘坐舒适性的重要指标。车内低频噪声问题作为整车NVH问题的一个重要组成部分,由其频率特征造成了其产生和传播过程相对复杂,较难分析噪声源及影响因素。因此,如何更加快速判断车内低频声-固耦合噪声产生的根源、更加准确确定对噪声有影响的主要部件、更有针对性的提出控制方案,以及在产品开发阶段如何准确预测、分析车内低频声-固耦合噪声等NVH问题,成为了各大汽车厂商和研究机构的主要研究方向。本文通过对某国产轻型客车低频声-固耦合噪声的传递路径分析及控制方法进行深入研究,建立了一整套能够快速、准确地预测、分析及控制低频声-固耦合噪声的理论方法与技术流程,丰富了TPA的分析理论与方法。针对车内低频声-固耦合噪声的研究和控制方法,以及传递路径分析的研究发展趋势进行了总结与分析,确定了本文基于传递路径分析理论对声-固耦合噪声进行研究的基本思路。本文系统地阐述了低频声-固耦合噪声传递路径分析的理论基础:推导了传递函数的理论及其无偏估计;详细介绍了三种工作载荷识别方法以及应用范围。重点推导了应用奇异值分解方法求解广义逆矩阵的过程。介绍了单参考传递路径分析和多参考传递路径分析。基于某国产轻型客车建立了整车低频声-固耦合噪声的TPA模型。该模型包括了以动力总成悬置,前、后悬架以及传动轴支撑为激励端,以人耳耳旁噪声为响应点的多条传递路径。基于此模型对整车低频声-固耦合噪声进行了传递路径分析。对以驾驶员、第二排乘客以及第五排乘客位置的耳旁噪声为响应点的多条传递路径进行了结构路径传递函数的测试;利用逆矩阵法获取了弹性元件被动端工作载荷。在进行传递路径分析之前,针对工况试验中的目标点数据进行了简要的车内NVH水平分析。结合主观评价与客观数据,确定70km/h时驾驶员耳旁位置以及第五排乘客耳旁位置存在噪声问题,并详细描述了噪声的主观感受。针对该工况问题频率下各主要位置进行传递路径分析,并提出了一种综合考虑声压级、幅值、相位的噪声传递路径贡献量评价方法。利用这种方法进一步针对每一个悬置进行了重新分组计算。初步确定了对不同频率、各个位置有主要影响的路径。为了深入分析低频噪声问题的产生机理及特征,本文建立了包含车身、车架、车门和车窗等在内的声-固耦合有限元模型。逐步建立了车架及白车身的有限元建模,并验证了仿真与和试验的模态频率基本吻合,模态振型一致。进一步建立了车窗及车门的有限元模型,并用正确的连接及约束方式连接,得到了门窗紧闭状态的整车模型。以整车有限元模型为基础,建立了考虑车内座椅的声腔有限元模型。进一步建立了整车声-固耦合模型,对耦合前后声腔和结构模态的特征进行了对比分析。将通过试验获取的材料吸声特性及结构阻尼施加到耦合模型上。为了验证低频声-固耦合模型,对车内噪声进行了混合传递路径分析并与试验传递路径分析的结果进行了对比,得到了较准确的低频声-固耦合模型。为了进一步体现tpa在分析、预测以及应用在研发初期时的优越性,本文建立了包含行驶系及b级路面的整车多体动力学模型,并将该模型与声-固耦合模型联合建立了整车声-固耦合噪声的虚拟tpa模型。基于低频声-固耦合噪声虚拟传递路径分析的结果,提出了综合考虑多频率、多响应点以及多工况的车内噪声综合传递路径分析方法,并进行了综合贡献量分析,确定了对轻型客车车内低频声-固耦合噪声贡献量较大的传递路径。从理论基础、分析结果、以及后续优化等三个方面对三种tpa方法进行分析,证明了虚拟tpa的优越性。针对贡献量最大的路径进行了单级以及次级传递路径分析。通过单级传递路径分析,确定了传递特性为需要优化的因素,并确定板件为需要优化的主要环节。针对板件环节进行了次级传递路径分析,并提出了一种考虑多频、多响应点、多工况以及相对关系的改进板件声学贡献量系数算法。基于该方法,进一步提出了板件声学影响系数的概念,并对其含义进行了说明。基于新的算法和概念进行了深入的次级传递路径分析,依据分析结果最终确定了需要控制的板件,实施了阻尼降噪措施,并通过仿真及试验的方法验证了降噪效果。由此证明了本文所提出的一系列理论及方法可以准确、有效、快捷地分析、控制、预测低频结构噪声。
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