基于OTPA的高速车内嗡嗡噪声诊断与优化.pdf
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1、 客 车 技 术 与 研 究第 5 期 BUS&COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.5 2023收稿日期:2023-04-19。第一作者:许静超(1989),男,硕士;工程师;主要从事车辆 NVH 测试与控制工作。E-mail:xujingchao 。基于 OTPA 的高速车内嗡嗡噪声诊断与优化许静超,黄剑锋,陆家朋,周鑫美,覃慧芳(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 511434)摘 要:通过 OTPA 方法识别某车辆在高速行驶时车内出现嗡嗡噪声,结果显示主要贡献来自 4 个转向节。其异常振动来自特定车速下轮毂轴承阶次振动与轮胎声腔振动耦合,通过优化轮
2、辋结构加强轮辋侧向刚度并实车验证,车内嗡嗡声问题得到明显改善。关键词:高速;车内;嗡嗡噪声;OTPA中图分类号:U461.4 文献标志码:A文章编号:1006-3331(2023)05-0044-05Diagnosis and Optimization of High-speed Hum Noise of Vehicle Inside Based on OTPAXU Jingchao,HUANG Jianfeng,LU Jiapeng,ZHOU Xinmei,QIN Huifang(GAC Automotive Research&Development Center,Guangzhou 511
3、434,China)Abstract:Through OTPA method to identify the hum noise source of a vehicle in high-speed running,which the result shows that the main contribution comes from four steering knuckles.The abnormal vibration of the knuckles is due to the coupling of the wheel hub bearing order vibration and ti
4、re cavity vibration at a specific vehicle speed.By optimizing the wheel rim structure to enhance the lateral stiffness and conducting on-vehicle verification,the hum noise of the vehicle inside is significantly improved.Key words:high-speed;vehicle inside;hum noise;OTPA 车辆高速行驶时,车内的嗡嗡噪声可能是多个噪声源叠加与耦合的
5、结果,这些噪声源主要来自动力总成、轮胎、进排气、风噪等。其传递方式错综复杂,而且不同工况下不同噪声源凸显的程度也不一样1-2。要解决高速车内嗡嗡噪声的问题,必须判断噪声的来源或者控制噪声的传递路径。利用运行传递路径分析(OTPA)方法可以方便快速地定位噪声源,为工程实践解决噪声问题提供解决方案。1 OTPA 原理汽车受到多种振动噪声源的激励,每种激励都会通过不同路径传递到响应点进行叠加,从而被人感受到。传递路径分析(TPA)将整车简化成线性系统,通过建立“激励源”“路径”“响应”的模型来计算不同路径对于响应的贡献量,从而判断其中贡献量最大的路径;再定量识别出主要贡献量,就可以通过应用振动噪声控
6、制手段降低响应声压总值3。使用传递函数来描述车辆系统激励源“输入”和响应“输出”之间的比例关系。假设车辆受到 n 个激励源的激励力,每个激励与响应之间对应 1 个传递函数,总共即有 n 个传递函数,车内响应就是各个“路径 i”贡献量的叠加。则 TPA 的数学公式可以写成:r()=S1()Si()Sn()H1r()Hir()Hnr()(1)式中:r()表示车内接受者处的噪声响应;Hir()表44示施加于第 i 条激励源与响应之间的传递函数;Si()表示第 i 条传递函数对应的激励。由式(1)可以看出,TPA 的测试工作主要在于传递函数的测试以及激励源的识别。为了测量激励源到响应之间的传递函数,需
7、要断开耦合系统,拆除激励源部件,如动力总成、底盘悬架等,利用力锤或者激振器在耦合位置单独激励得到车内响应直接计算得到每条路径的传递函数。而激励源一般通过载荷识别法间接求得。由于 TPA 需要拆除汽车部件,工作量较大4。OTPA 是由 TPA 发展而来,它不再关心实际的工作载荷,因此不需要拆除车辆的激励源部分。可先在车辆运行状态下测量声源和接受者处的响应信号,然后进行信号处理和频域分析,最后直接计算得到传递率。通过这种方式计算每个传递路径的传递率,可以识别并重点关注系统中具有显著贡献的传递路径。首先同样假设车辆有 n 个激励源,各个激励源沿着各自的 1 个传递路径传递到接受者处,叠加得到响应,其
8、数学公式为:r()=S1()Si()Sn()T1r()Tir()Tnr()(2)式中:Tir表示第 i 条激励源到响应间的传递率函数;Si()表示第 i 条传递路径对应的激励。公式(2)可简写成矩阵形式:R=STir(3)式中:R 为接受者信号矩阵;S 为源信号矩阵;Tir为传递率矩阵。将式(3)等号两边同时乘以 S+,得到传递率计算公式:Tir=S+R(4)S+为 S 矩阵的广义逆,求广义逆可以采用矩阵奇异值分解的方法。首先对 S 进行奇异值分解:S=UVT(5)式中:U、V 为酉矩阵;为矩阵 S 的奇异值矩阵,其主对角线上的元素 为矩阵 S 的奇异值,并按从大到小的方式排列,12,如式(6
9、)所示。=1r(6)在实际测试中,噪声干扰通常会产生较小的奇异值,在矩阵求逆过程中可以舍弃较小的奇异值,以降低噪声干扰。处理后得到新的奇异值矩阵,将代入(5)再代入(4)得到新的传递率矩阵Tir,公式为:Tir=V-1UTR(7)因此通过 OTPA 得到的各噪声源贡献量为:Rir=SiTir(8)为了使 OTPA 计算结果更加精确,源信号矩阵应尽可能满秩增加求逆的准确性,所以在测试过程中应尽可能多地获取运行数据5。2 某车辆高速行驶车内嗡嗡噪声问题研究2.1 问题表现某新开发车型在平坦路面以 95 km/h 速度行驶时,车内明显听到类似于轮胎空腔音的嗡嗡噪声。通过车内布置麦克风测量车内噪声,得
10、到的噪声频谱特性曲线如图 1 所示。图 1 车内噪声声压级频谱曲线从图中可以看出,在 190 Hz 处声压级出现明显突兀的峰值,这会令人非常烦躁。而高于或者低于该车速,噪声声压级立马降低,由此判断可能是由于旋54 第 5 期 许静超,黄剑锋,陆家朋,等:基于 OTPA 的高速车内嗡嗡噪声诊断与优化转机械产生的。由于 95 km/h 车速对应的发动机转速为 1 862 r/min,湿式双离合变速器挡位为 7。由式(9)可知发动机六阶频率6为 186 Hz,与问题频率相近。此时需借助 OTPA 对噪声来源进行快速判别,以便对问题原因进行进一步解析。F=OR/60=186 Hz(9)式中:F 为发动
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