基于噪声传递函数的车内噪声优化

李训猛 孙艳亮

摘 要：噪声传递函数是汽车NVH性能设计及评价的重要参考指标。通过TB车身声固耦合模型的建立，利用噪声传递函数的仿真分析，找出排气系统一个吊钩至车身的路径风险较大。对风险较大的排气吊钩进行优化设计，使其噪声传递函数符合性能要求。实车测试结果验证了该方法的可行性。

关键词：噪声传递函数 车内噪声 优化

NVH（振动、噪声和舒适性）性能是汽车重要的性能之一。随着人们对汽车各方面性能表现的要求原来越高，汽车NVH问题日益突出。据有关资料显示，汽车售后反馈的问题中NVH相关问题占比超过30%。同样，各大主机厂对车辆NVH性能的管控也尤为看重，车辆研发费用投入中，NVH相关费用占比超过20%。噪声传递函数（NTF）能够在车辆开发阶段预测车内振动噪声水平，发现潜在的NVH问题，并有效的解决。汽车在行驶过程中受到多种振动噪声源的激励，车内噪声主要来自两个方面：结构传播噪声和空气传播噪声。其中，由发动机和排气等系统的振动和路面激励传递到车身而引起车身结构振动产生的噪声称之为结构传播噪声[1]。

本文通过声固耦合和噪声传递函数的分析方法，找到排气系吊耳对车内噪声贡献量大的传递路径，并对其位置进行优化，有效的降低车内噪声水平。

1 噪声传递函数（NTF）原理

噪声传递函数（NTF），又称声振灵敏度。指当外界激励作用到车身结构时，通过车身梁结构和柱结构在车身上传播，车身板件受到激励后向车内辐射，传递至人耳处形成声压[2]，其表达式可写为[3]

{P}={H（p/f）}{f}               （5）

式中{P}表示特定位置的声压;{H（p/f）}表示从激励源到目标位置声压响应的声振传递函数;{f}表示施加在输入位置的激励力。从公式可以看出，车内目标位置声压响应大小不仅与激励大小有关，而且与噪声传递函数有关。当激励大小不易改变时，需要从结构上寻求解决问题方法。车内结构声是由外界激励引起车身板件结构振动，同时车身板件与车内声腔耦合向车内辐射而产生。

2 有限元模型

NTF分析采用模态频率响应法，将车身结构和声腔耦合仿真。在排气吊耳与车身的连接点处施加1N的单位力，激励频率范围为20～250Hz，结构模态阻尼比为4%，声腔阻尼为0.12，模态频率计算到600Hz。分析输出主驾右耳处和右后乘客左耳处声压。某公司车型内饰车身有限元模型和驾驶室声腔有限元模型如图1所示。图2表示本车型排气系统吊耳布置位置情况。

3 仿真结果及优化

3.1 仿真结果

通过对排气系统所有吊钩位置的噪声传递函数分析，发现排气系统二号吊钩位置Z向单位激励下的传递函数平均处于较差水平。图3位排气系统二号吊钩布置位置。

排气系统二号吊钩位置Z向单位激励力作用下，车内主驾内耳和右后乘客内耳位置处的声压曲线，如图4所示。对比排气系统吊耳接附点NTF目标值60dB，主驾内耳在30-50Hz频率段和70Hz/160Hz频率点附近均超出目标值。右后乘客内耳在30-50Hz、80-110Hz、140-160Hz频率段内均超出目标值。

3.2 优化

基于仿真结果，将排气二号吊钩Z向激励下的噪声传递函数超过目标值范围的峰值频率点的响应作为研究对象，对其进行模态贡献量分析。发现中通道及地板部位的在39.2Hz、90.6Hz的模态均具有较高贡献量，如图5、6所示。

振动对车内的噪声的传递路径可分为几个模块：激励和原点模块、隔振模块和车身结构[3]。基于本车型排气吊耳初始设计位置，二号钩处于中通道局部模态振型幅度较大的部位，且二号吊钩处等效动刚度为631N/mm（X向）、992N/mm（Y向）、383N/mm（Z向），动刚度水平较低。此两种因素皆不利于阻止外界激励对车身能量的输入。

通过以上分析，发现此排气吊钩噪声传递函数较差的原因主要为布置位置不合理所造成的。基于车身结构框架已确定，通过改进车身结构成本过高，故对排气二号钩的位置布置和吊钩结构进行优化设计。基于排气系统管路路径和车身结构，将排气二号钩布置在地板下纵梁处，如图7所示。经分析，新方案二号吊钩处等效动刚度为1617N/mm（X向）、4630N/mm（Y向）、1082N/mm（Z向），动刚度水平相对于原始有了较大幅度的提升。

图8、图9分别为排气二号钩优化前后主驾内耳和右后乘客内耳的噪声传递函数对比分析。从图中可以看出，原方案的噪声传递函数主驾内耳在30-50Hz、70Hz、90-120Hz、160Hz四处声压峰值均大幅降低，声压基本降低至参考声压以下;右后乘客内耳在30-50Hz、80-100Hz、140-160Hz处的声压峰值同样下降较多。根据噪声传递函数的仿真结果，通过对排气二号钩的优化，二号钩至车内的噪声传递函数改善效果明显。

4 实验验证

基于噪声传递函数的排气系统二号钩仿真优化方案，进行实车验证测试对比分析。发现在P档AC OFF/ON、R档AC ON和D档AC OFF/ON状态下，车内驾驶员左/右耳、右后乘客左耳均有较大程度。仅在P档AC ON的工况下，车內噪声水平小幅变差。综合而言，此排气吊钩优化方案对车内噪声水平作用较为明显。

5 结论

本文中以某车型排气吊钩位置噪声传递函数结果曲线在某些频率段声压值过高，可能为引起车内噪声较大的原因之一。针对排气吊钩位置及其原点动刚度进行优化。再通过实车测试验证其方案前后车内声压的对比。验证了所提优化方法的有效性。

参考文献：

[1]冯海星，高云凯，刘爽.基于传递路径分析的车内噪声源识别[J].机械设计2013，30（7）：19-24.

[2]庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]周建文，庞剑.NTF分析在车内结构噪声问题整改中的应用[J].汽车技术2009（12）：40-43.