基于Virtual.Lab Acoustics 的轿车乘员舱结构噪声分析

1、基于Virtual.LabAcoustics的轿车乘员舱结构噪声分析发表时间：2010-10-9周建文干晓光周舟来源：万方数据关键字：声模态声压TPAPCAIPI本文介绍了常用的声学边界元分析方法，并基于LMSVirtual.LabAcoustics软件，针对某轿车进行了车内声模态、驾驶员耳侧声压、面板贡献量分析PCA(PanelContributionAnalysis)、传递路径分析TPA(TransferPathAnalysis)、接附点导纳IPI(InputPointInertance)等分析。综合分析结果，找出了弱点，为车身等结构的改进提供了依据。1概述噪声问题在汽车工业中已经引起了人

2、们的普遍关注和重视,特别是近年来随着人们对轿车乘坐舒适性的要求越来越高，减振降噪已经成为汽车开发中越来越重要的环节。因此，在汽车设计初期就预测车内振动噪声水平，提出有效减振降噪方案,可以大大的提高开发效率,降低开发成本。乘员舱是典型的弹性薄壁腔体结构，其内部噪声除了由外部辐射噪声传入车内外，主要由壁板结构振动与车内空气产生强烈耦合作用引起的低频轰鸣噪声。对由结构振动引起的车内噪声问题，一般有有限元法和边界元法。在时间是连续的假定下，声场的控制方程为海尔姆霍兹方程，它由波动方程推导而来。在边界元方法中，海尔姆霍兹方程被转化成了积分方程，由于积分方程中的未知变量只分布于边界表面，因此只有边界才必须

3、被划分为网格。这大大简化了输入数据，减少了计算时间。由此，边界元法被广泛应用于车内噪声问题和辐射噪声问题。2车内噪声分析方法车内噪声计算只考虑车内侧声场，并且是完全封闭的，因此可以采用直接边界元法进行内部声场计算。以下对本文采用的内部噪声分析方法进行了描述。2.1直接边界元法无源的各向同性流体介质中任一点的辐射声压均可由以下边界域方程描述：andnJ(1)其中：p为辐射声压，Q为结构表面S上任意点，即边界点，P为空间中任意点，即场点，n为结构表面S的内法向单位矢量，G为格林函数。由Euler方程，（1）式可写为下式:汎P）=J竺簣%颂。）+加屮（0G尸淬但）站：（2）其中：v为边界点的法向速度

4、，p为流体介质的质量密度，W为圆频率。此方程在边界点及场点成立。则由方程（2）可得：（3）其中：atv为噪声传递向量：於町乜十伽厂（4）由上式可见，噪声传递向量为结构表面法向速度与场点的声压的传递函数。分别对不同的场点计算，式（3）则可写为：_1=一二厅二其中：ATM为噪声传递矩阵，由噪声传递向量构成。2.2分析步骤车内噪声主要是由发动机、传动系、轮胎、液压系统及结构振动引起，产生的振动、噪声经过悬架系统、车身结构等的放大作用以结构噪声和空气噪声的形式进入乘员舱内，形成车内噪声。其中，动力总成是最大的噪声源，它通过空气和车体结构传递到车内，如图1所示。图1、动力总成到车内噪声的传递路径通过大量

5、的测试，车内噪声组成在20-1000HZ之间的能量分布如图2所示。可以看出，在低频段结构声是主要噪声成分，在高频段空气声占主要成分。因此，在低频段分析时以结构声为主，即主要考察动力总成引起的振动通过车身结构传递到乘员舱内引起的噪声。d104Q0弓右0600QD0丄OaoFrBqiJtncvHi!图2、车内结构声和空气声在全频域段的能量分布本文计算车内噪声流程如图3所示，车内噪声分析主要包括对声模态、车内声压和面板贡献量等的分析。声模态的计算可以看到车内声腔对什么频率最敏感，对车身设计及其他部件设计具有指导作用。车内乘员耳侧声压计算结果与测试值对比，能够检查并标定模型；通过与目标值对比，找出超过

6、目标声压值的频段范围。各激励输入点到耳侧声压的传递路径分析，即TPA分析，可以看出不同的传递路径在各个频段所占的贡献量。再通过IPI和PCA分析进一步确定引起噪声过大的原因是悬置接附点激励过大，还是车内壁板的振动贡献量过大造成。图3、车内噪声分析步骤关于动力总成系统对整车系统的激励一般通过理论计算得到，但这种方法误差较大，通过在测功机上测试动力总成悬置点被动侧在加速工况下的激励作为车内声压响应的输入激励会更为准确。如图4所示为加速工况下，动力总成后悬置在某个方向的加速度图示，可以看出，动力总成二阶激励是主要的激励成分，所以可以选取二阶激励作为模型的激励输入。Acce-eiticinnv孑2DD

7、1B01ED14D12D1叩605D4D1ODH2CCO.330040005CO3旳叩-rpm图4、动力总成后悬置被动侧在某个方向的加速度3车内噪声分析3.1声模态计算在声学空腔建模时，由于仪表板下部没有封闭，仪表板内部没有形成独立的空腔，所以车内空腔建模没有考虑仪表板的影响。行李箱空腔一般通过音响孔与乘员舱空腔相连，车内声腔模态在包含和不包含行李箱空腔情况下有一定变化。如图5、6所示，可以看出第1、2阶模态频率几乎没太大变化，但振型会有不同。在3阶模态及以上时，模态频率及振型都有较大的不同。因此，在计算能力允许的情况下，可以考虑加入行李箱空腔的影响。ifi纵向三阶179.7陰Cf图5、不含行李箱空腔的车内声模态孰向一阶81.2Hz横向一阶123.6Hz纵向二阶1358Hz竖向一附166百Hz飙横向综台一阶153.8Hz纵向一阶817Hz横向一阶123Hz纸横向垸台一阶】巧一4血纵向一阶147.1Hz竖向一阶14