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摘要：本文对某车型开发过程中发动机转速在3700rpm范围内车内的轰鸣问题进行优化，讨论了结构轰鸣声形成的机理，并根据源—路径—接受体的思路对可能引起轰鸣的原因进行分析，通过优化传递路径上某些部件，降低路径上的传递作用，有效的缓解车内高转速轰鸣的问题。本文对车内高转速轰鸣问题的解决有参考意义。
关键词：轰鸣； 结构；传递路径分析；隔振；
Abstract：This article provides a way to optimize the car high rpm（revolutions per minute） roaring problem during the car development process ，when the rpm of the engine is 3700rpm. It discusses the mechanism of the formation of the structure roaring and analyzes the reason of roaring according to the source-path-receptor thinking .we optimize certain components in the transmission path in order to reduce the magnifying effect of these components. This method is very useful for solving the roaring problem. This article has a reference value for car high rpm roaring problem.
Key words： booming； structure-borne； Transfer Path Analysis （TPA）； vibration isolation
随着最近几年中国汽车工业的发展，自主品牌汽车研发进入高速发展阶段，用户在购买汽车时对汽车性能也更加重视，同时，合资品牌汽车价格下降及自主品牌向高端产品的探索要求自主品牌的汽车在性能上要有优越的表现，以在激烈的市场竞争中立于不败之地。几年来，各自主品牌主机厂也在迅速的扩充自已的研发能力，从市场上来看，近几年来自主品牌厂商向市场推出的产品性能在不断的提升，出现了一批优秀的产品，在激烈的市场竞争中足以与合资品牌汽车抗衡。作为用户最能直观感受到的性能之一，NVH性能被越来越多的主机厂关注，在最近几年里，许多主机厂也在投入巨资对NVH性能进行开发。
汽车车内的振动噪声是由动力总成、路面及环境等多种激励，并通过多条不同的传递路径传到车内。如今，整车的NVH性能越来越受到各个主机厂的重视，也成为轿车领域市场竞争的主要指标。为了进一步提高整车的NVH水平，往往要综合考虑各种激励以及相关的传递路径的特征。传递路径分析（TPA：Transfer Path Analysis）能确定出各个路径的激励能量在室内振动噪声问题中所占的比例，并找出传递路径中对驾驶室内振动噪声起主导作用的环节。加速噪声是评价一个车NVH水平的一个重要指标之一，本文对某新车开发中遇到的加速轰鸣优化进行研究和优化。
1 轰鸣形成的机理
轰鸣主要是由于空腔受到的激励与空腔的模态发生耦合，空腔产生共振，从而发出较大的声音，车内轰鸣主要是由于与声腔包围的板件振动和声腔模态耦合，当振动被车上某些部件的振动放大后，导致车身板件振动大，激起声腔模态所致。对轿车来说，只要车身壁板件存在振动，就会和空腔形成耦合，车身板件的振动传递到空腔，引起空腔的振动，产生结构声。用辐值相同的不同频率振动对空腔进行激励，当激励频率与空腔的模态频率有一定避频时，空腔的振动并不剧烈，产生的结构声也较小，当激励频率与声腔的某个模态相同或者比较接近时，空腔就会发生共振，产生的声音会远比不发生共振的频率声音大得多，当共振剧烈到一定程度时，人处在空腔中会感觉声音大，且存在一定的压耳感，让人感觉很不舒服，这时我们听到的声音就是轰鸣声。在汽车上，由于包围声腔的钣金件均是薄壁件，自身频率也比较低，在轰鸣产生时，除了钣金件给空腔激励外，空腔也会反过来激励车身板件，使板件振动增大，这又会导致空腔振动更加剧烈，正因如此，当汽车加速过程中出现轰鸣时，往往轰鸣的声压级相比不发生轰鸣时会比较高，轰鸣大致原理如图1所示：
图1 轰鸣形成机理
2 传递路径试验分析方法的基本原理
在传递路径的分析中，首先需要假定整车系统为线性的。在此前提下，车内目标点的振动噪声是由各个路径上的工作载荷乘以相应路径的传递函数叠加之后得到，如图2所示。
其中，声源激励特性以体积加速度（m3/s2）或体积速度（m3/s）来表征，响应则以麦克风测得的声压（Pa）来表征。对于噪声源表面辐射的空气声，其激励源为噪声源的振动表面，响应则为车内目标点的声压。根据机械系统的互易定理，车内目标点处的声源到噪声源表面处的声压传递函数就等于噪声源表面到车内目标点的空气声传递函数。试验测试过程中，将噪声源表面划分成对应的等面积的网格，每一个网格等效为一个点声源，其声源强度为网格中心的加速度乘以网格的表面积。本文驱动电机总成噪声源强度的测量是由此方法完成的。
声学间接指示法基本思想和结构间接指示法类似，首先试验测量从噪声源到其附近若干指示点之间的传递函数，然后测量行驶工况下指示点的声压，最后计算得到行驶工况下该噪声源的体积加速度。这种方法只适用于可简化为点声源的噪声源强度的测量，例如汽车的进气口和排气口。
声学逆矩阵法基本思想与结构逆矩阵法类似，首先测量从各个噪声源到指示点之间的传递函数，然后测量行驶工况下指示点的声压，最后计算得到行驶工况下各个噪声源的体积加速度大小。本文中轮胎噪声源强度的测量是由此方法完成的。 2.2 载荷识别
激励力的测量方法包括直接测试法、悬置刚度法、结构间接指示法以及结构逆矩阵法等。直接测试法是在激励源和系统之间布置力传感器直接测量行驶工况下振动源的激励力的大小。这种方法由于会改变系统结构受力情况并且在实际应用中不易布置力传感器，因此很少使用。
3 轰鸣声的优化思路
由于涉及振动共振放大、振动叠加及声固耦合等因素，结构轰鸣并不好优化，尤其是在遇到非单一因素引起的轰鸣时，可能会花较长的时间来寻找引起轰鸣的原因，但根据轰鸣产生的机理，在解决轰鸣问题时，主要根据源---路径—接受体的思路对问题进行优化。
源：振动、声音的来源，在汽车上，源主要包括发动机、冷却风扇、HVAC等；
路径：振动动和声音的传递路径，对一个车来说，振动和声音的传递路径可能会有很多条；
接受体：对振动和声音进行评价的位置，在汽车上，车内声音、车内振动是我们所关心的接受体。
在对问题进行分解时，我们将分别针对这三个大项进行原因排查，以确定引起问题的主要原因出在哪个环节。我们同是得看到，在传递的中间路径上，源与路径是相对的，某一个点，相对于传递路径的上游来说是接受体，但相对于路径的下游来说，我们又可以将它看成是源。
在一个车型开发的后期，车型结构基本已经固定，通过车身结构优化的方法来解决轰鸣声将涉及较大的设计变更，因此，我们一般是在路径或者车身的某个部位加动态吸振器来消除共振对振动的放大，从而解决轰鸣问题。
4 基于传递路径的轰鸣声优化过程
4.1 汽车轰鸣问题介绍
在某车型工装车出来后，存在较严重的加速车内轰鸣，主观评价各档位加速和匀速时，在发动机转速3700rpm存在较严重的轰鸣。客观测试数据显示，当发动机转速达到3700rpm时，车内噪声存在较大峰值如图5所示。
4.3 传递路径分析
本文以匀加速行驶工况为例进行车内噪声TPA合成分析。图8所示是不同传递路径对车内噪声贡献量分析结果，由图可知：
（1）车内噪声TPA合成结果与试验测试结果曲线吻合较好，大体趋势一致，在某些低频范围内存在一些幅值差异，分析误差产生的原因，可能是：①低频范围内的传递函数测量精度不够；②拆除动力总成系统前后，激励源连接点处的刚度没有保持完全一致。
（2）汽车匀加速行驶工况下，车内噪声能量主要集中在3500rpm-4600rpm范围内，且在3700rpm存在一个较大的峰值，分析应该是车内轰鸣声产生的原因所在；
（3）所有测试的传递路径中，对车内轰鸣声贡献量最大的路径是发动机振动经后悬置z向传递至车内的路径。
4.4 改进结果分析
在前面的路径分析中可以得出结论：引起汽车加速过程中的轰鸣声问题的主要路径为——发动机振动经后悬置z向传递至车内的路径。因此，在优化的时候我们要减小该传递路径对发动机振动的放大作用，即对该处悬置的连接刚度进行优化。优化结果对比如图9所示，其中，绿色曲线为改进前试验结果，红色曲线为改进后试验结果。改进前后的阶次分析结果如图10所示。
从结果对比发现，基于传递路径的悬置匹配优化可以有效的解决车内的轰鸣，最后将此方案进行工程化。
结论
本文通过对开发过程中遇到的轰鸣进行优化，按照源—路径—接受体的思路，对有可能引起轰鸣的各条路径进行验证和排查，将引起轰鸣的原因锁定在发动机后悬置。分析原因为该悬置未能有效衰减发动机、传动轴传递至车身的振动，最终导致车内出现轰鸣。对该路径进行优化后，解决了车内的轰鸣。本文对解决同类的车内高转速轰鸣问题具有很大的参考意义。
参考文献
[1]王万英，靳晓雄，彭为，郭辉，尹燕莉.轮胎振动噪声结构传递路径分析[J].振动与冲击，2010，29（06）：88～ 91.
[2]佘琪，周鋐.传递路径分析用于车内噪声贡献量的研究[J]汽车技术，2010，03：16～19
[3] 梁映珍.基于传递路径分析的车内噪声研究[D]：[硕士学位论文].上海：同济大学汽车学院.
[4]郭荣，万钢，赵艳男.车内噪声传递路径分析方法探讨[J].振动、测试与诊断，2007.9
[5]李未，王登峰，陈书明，秦明，陈超，陈振.路面激励对汽车行驶平顺性影响的传递路径分析[J].吉林大学学报（工学版），2011，41（05）：1193～1198
[6]LMS International.LMS.CADA-X Transfer path analysis Tutorial. Revison 3.4，1997
[7] LMS International. LMS.Testlab 9A Principal Component Analysis 帮助文件
[8] Karl Janssens ，Peter Gajdatsy ，A new transfer path analysis method based on parametric load models [C].Elsevier Ltd 2010
[9] D. deKlerk ， A.Ossipov ，Operational transfer path analysis： Theory， guidelines and tire noise application [C].ELSEVIER 1950-1962
关键词：轰鸣； 结构；传递路径分析；隔振；
Abstract：This article provides a way to optimize the car high rpm（revolutions per minute） roaring problem during the car development process ，when the rpm of the engine is 3700rpm. It discusses the mechanism of the formation of the structure roaring and analyzes the reason of roaring according to the source-path-receptor thinking .we optimize certain components in the transmission path in order to reduce the magnifying effect of these components. This method is very useful for solving the roaring problem. This article has a reference value for car high rpm roaring problem.
Key words： booming； structure-borne； Transfer Path Analysis （TPA）； vibration isolation
随着最近几年中国汽车工业的发展，自主品牌汽车研发进入高速发展阶段，用户在购买汽车时对汽车性能也更加重视，同时，合资品牌汽车价格下降及自主品牌向高端产品的探索要求自主品牌的汽车在性能上要有优越的表现，以在激烈的市场竞争中立于不败之地。几年来，各自主品牌主机厂也在迅速的扩充自已的研发能力，从市场上来看，近几年来自主品牌厂商向市场推出的产品性能在不断的提升，出现了一批优秀的产品，在激烈的市场竞争中足以与合资品牌汽车抗衡。作为用户最能直观感受到的性能之一，NVH性能被越来越多的主机厂关注，在最近几年里，许多主机厂也在投入巨资对NVH性能进行开发。
汽车车内的振动噪声是由动力总成、路面及环境等多种激励，并通过多条不同的传递路径传到车内。如今，整车的NVH性能越来越受到各个主机厂的重视，也成为轿车领域市场竞争的主要指标。为了进一步提高整车的NVH水平，往往要综合考虑各种激励以及相关的传递路径的特征。传递路径分析（TPA：Transfer Path Analysis）能确定出各个路径的激励能量在室内振动噪声问题中所占的比例，并找出传递路径中对驾驶室内振动噪声起主导作用的环节。加速噪声是评价一个车NVH水平的一个重要指标之一，本文对某新车开发中遇到的加速轰鸣优化进行研究和优化。
1 轰鸣形成的机理
轰鸣主要是由于空腔受到的激励与空腔的模态发生耦合，空腔产生共振，从而发出较大的声音，车内轰鸣主要是由于与声腔包围的板件振动和声腔模态耦合，当振动被车上某些部件的振动放大后，导致车身板件振动大，激起声腔模态所致。对轿车来说，只要车身壁板件存在振动，就会和空腔形成耦合，车身板件的振动传递到空腔，引起空腔的振动，产生结构声。用辐值相同的不同频率振动对空腔进行激励，当激励频率与空腔的模态频率有一定避频时，空腔的振动并不剧烈，产生的结构声也较小，当激励频率与声腔的某个模态相同或者比较接近时，空腔就会发生共振，产生的声音会远比不发生共振的频率声音大得多，当共振剧烈到一定程度时，人处在空腔中会感觉声音大，且存在一定的压耳感，让人感觉很不舒服，这时我们听到的声音就是轰鸣声。在汽车上，由于包围声腔的钣金件均是薄壁件，自身频率也比较低，在轰鸣产生时，除了钣金件给空腔激励外，空腔也会反过来激励车身板件，使板件振动增大，这又会导致空腔振动更加剧烈，正因如此，当汽车加速过程中出现轰鸣时，往往轰鸣的声压级相比不发生轰鸣时会比较高，轰鸣大致原理如图1所示：
图1 轰鸣形成机理
2 传递路径试验分析方法的基本原理
在传递路径的分析中，首先需要假定整车系统为线性的。在此前提下，车内目标点的振动噪声是由各个路径上的工作载荷乘以相应路径的传递函数叠加之后得到，如图2所示。
其中，声源激励特性以体积加速度（m3/s2）或体积速度（m3/s）来表征，响应则以麦克风测得的声压（Pa）来表征。对于噪声源表面辐射的空气声，其激励源为噪声源的振动表面，响应则为车内目标点的声压。根据机械系统的互易定理，车内目标点处的声源到噪声源表面处的声压传递函数就等于噪声源表面到车内目标点的空气声传递函数。试验测试过程中，将噪声源表面划分成对应的等面积的网格，每一个网格等效为一个点声源，其声源强度为网格中心的加速度乘以网格的表面积。本文驱动电机总成噪声源强度的测量是由此方法完成的。
声学间接指示法基本思想和结构间接指示法类似，首先试验测量从噪声源到其附近若干指示点之间的传递函数，然后测量行驶工况下指示点的声压，最后计算得到行驶工况下该噪声源的体积加速度。这种方法只适用于可简化为点声源的噪声源强度的测量，例如汽车的进气口和排气口。
声学逆矩阵法基本思想与结构逆矩阵法类似，首先测量从各个噪声源到指示点之间的传递函数，然后测量行驶工况下指示点的声压，最后计算得到行驶工况下各个噪声源的体积加速度大小。本文中轮胎噪声源强度的测量是由此方法完成的。 2.2 载荷识别
激励力的测量方法包括直接测试法、悬置刚度法、结构间接指示法以及结构逆矩阵法等。直接测试法是在激励源和系统之间布置力传感器直接测量行驶工况下振动源的激励力的大小。这种方法由于会改变系统结构受力情况并且在实际应用中不易布置力传感器，因此很少使用。
3 轰鸣声的优化思路
由于涉及振动共振放大、振动叠加及声固耦合等因素，结构轰鸣并不好优化，尤其是在遇到非单一因素引起的轰鸣时，可能会花较长的时间来寻找引起轰鸣的原因，但根据轰鸣产生的机理，在解决轰鸣问题时，主要根据源---路径—接受体的思路对问题进行优化。
源：振动、声音的来源，在汽车上，源主要包括发动机、冷却风扇、HVAC等；
路径：振动动和声音的传递路径，对一个车来说，振动和声音的传递路径可能会有很多条；
接受体：对振动和声音进行评价的位置，在汽车上，车内声音、车内振动是我们所关心的接受体。
在对问题进行分解时，我们将分别针对这三个大项进行原因排查，以确定引起问题的主要原因出在哪个环节。我们同是得看到，在传递的中间路径上，源与路径是相对的，某一个点，相对于传递路径的上游来说是接受体，但相对于路径的下游来说，我们又可以将它看成是源。
在一个车型开发的后期，车型结构基本已经固定，通过车身结构优化的方法来解决轰鸣声将涉及较大的设计变更，因此，我们一般是在路径或者车身的某个部位加动态吸振器来消除共振对振动的放大，从而解决轰鸣问题。
4 基于传递路径的轰鸣声优化过程
4.1 汽车轰鸣问题介绍
在某车型工装车出来后，存在较严重的加速车内轰鸣，主观评价各档位加速和匀速时，在发动机转速3700rpm存在较严重的轰鸣。客观测试数据显示，当发动机转速达到3700rpm时，车内噪声存在较大峰值如图5所示。
4.3 传递路径分析
本文以匀加速行驶工况为例进行车内噪声TPA合成分析。图8所示是不同传递路径对车内噪声贡献量分析结果，由图可知：
（1）车内噪声TPA合成结果与试验测试结果曲线吻合较好，大体趋势一致，在某些低频范围内存在一些幅值差异，分析误差产生的原因，可能是：①低频范围内的传递函数测量精度不够；②拆除动力总成系统前后，激励源连接点处的刚度没有保持完全一致。
（2）汽车匀加速行驶工况下，车内噪声能量主要集中在3500rpm-4600rpm范围内，且在3700rpm存在一个较大的峰值，分析应该是车内轰鸣声产生的原因所在；
（3）所有测试的传递路径中，对车内轰鸣声贡献量最大的路径是发动机振动经后悬置z向传递至车内的路径。
4.4 改进结果分析
在前面的路径分析中可以得出结论：引起汽车加速过程中的轰鸣声问题的主要路径为——发动机振动经后悬置z向传递至车内的路径。因此，在优化的时候我们要减小该传递路径对发动机振动的放大作用，即对该处悬置的连接刚度进行优化。优化结果对比如图9所示，其中，绿色曲线为改进前试验结果，红色曲线为改进后试验结果。改进前后的阶次分析结果如图10所示。
从结果对比发现，基于传递路径的悬置匹配优化可以有效的解决车内的轰鸣，最后将此方案进行工程化。
结论
本文通过对开发过程中遇到的轰鸣进行优化，按照源—路径—接受体的思路，对有可能引起轰鸣的各条路径进行验证和排查，将引起轰鸣的原因锁定在发动机后悬置。分析原因为该悬置未能有效衰减发动机、传动轴传递至车身的振动，最终导致车内出现轰鸣。对该路径进行优化后，解决了车内的轰鸣。本文对解决同类的车内高转速轰鸣问题具有很大的参考意义。
参考文献
[1]王万英，靳晓雄，彭为，郭辉，尹燕莉.轮胎振动噪声结构传递路径分析[J].振动与冲击，2010，29（06）：88～ 91.
[2]佘琪，周鋐.传递路径分析用于车内噪声贡献量的研究[J]汽车技术，2010，03：16～19
[3] 梁映珍.基于传递路径分析的车内噪声研究[D]：[硕士学位论文].上海：同济大学汽车学院.
[4]郭荣，万钢，赵艳男.车内噪声传递路径分析方法探讨[J].振动、测试与诊断，2007.9
[5]李未，王登峰，陈书明，秦明，陈超，陈振.路面激励对汽车行驶平顺性影响的传递路径分析[J].吉林大学学报（工学版），2011，41（05）：1193～1198
[6]LMS International.LMS.CADA-X Transfer path analysis Tutorial. Revison 3.4，1997
[7] LMS International. LMS.Testlab 9A Principal Component Analysis 帮助文件
[8] Karl Janssens ，Peter Gajdatsy ，A new transfer path analysis method based on parametric load models [C].Elsevier Ltd 2010
[9] D. deKlerk ， A.Ossipov ，Operational transfer path analysis： Theory， guidelines and tire noise application [C].ELSEVIER 1950-1962