CN117408065A - 一种车身噪声分析方法、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车身噪声分析方法，包括以下步骤：获取车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度、各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数、各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量、车身各接附点的原点加速度导纳和车身各接附点到车身板件表面的振振传函；计算并得到车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力；计算得到车身各板件各网格点处的振动速度和车身各板件向车内辐射的结构声功率；计算得到各激励源的辐射声功率；计算得到通过车身各板件透射到车内的空气声功率。本发明还提出了一种计算机设备和一种存储介质。本发明能够更准确分离结构声和空气声，能够更准确的对车身***振动噪声进行分析和预测。
Description
技术领域
本发明涉及车身噪声分析，具体涉及一种车身噪声分析方法、计算机设备和存储介质。
背景技术
车内噪声主要是由发动机噪声、胎噪声、风噪声、汽车悬挂***噪声、车体振动噪声、进排气噪声以及外部环境传入车内的声音组成。汽车结构的复杂性决定车内噪声的控制是一项非常复杂的技术。车内噪声的控制涉及到车身、底盘、动力传动、电子电器等***及构成这些***的系列零部件，不仅它们本身的结构、型面较复杂，而且它们之间的连接关系也各式各样，它们所采用的材料还涉及金属(钢或铝、镁等合金)、非金属(玻璃、塑料、橡胶、密封胶、阻尼胶、泡沫、棉毡等等)甚至还涉及固体、液体、气体等不同物相的混合，振动噪声在每个***中的动态传递过程都包含着丰富而深奥的机理及控制技术。复杂结构的动态设计或声品质设计仍然是世界难题，汽车NVH开发不得不高度依赖经验积累、试验验证和后期调校，存在设计变更量大、开发成本高、周期长且NVH性能难以保障的问题。
在汽车各个***中，车身***是最大、最关键的***，车身***是其它所有***及零部件的承载者，车身***不仅承受来自发动机、路面及气流等多方面复杂激励带来的振动噪声，同时又必须给舱内乘客提供一个安静舒适的环境，因此，车身***设计的好坏直接影响着整车NVH性能。
车身***是一个非常复杂的***，车身***包括车体结构、内外饰材料及车身附件。外界的振动噪声激励，一方面沿着车身接附点传递到车体梁系结构，再传递到各类板件，引起板件振动从而向车内辐射噪声，称为“结构声”；另一方面沿着车身***的孔洞、缝隙直接通过空气传入车内，或者直接穿过车身钣金透射到车内，称为“空气声”。结构声和空气声叠加形成车内噪声，其中结构声一般处于较低的频率范围，空气声处于中高频范围，在实际工程中两者的准确分离也是目前的一大技术难题。而且对于不同的车型，不同的噪声频率成分的结构声和空气声的传播噪声能量的比例也是有区别的。对于低频的结构声的传递，简易杆、梁及板结构均有成熟的振动理论支撑，而车身***不仅梁系、板系及接附点数量众多，而且结构复杂(存在圈形\悬臂梁、封闭\开口截面、单层\多层板、加强板、阻尼胶以及变截面、变厚度、变层数、加筋等各类形式)，不同梁板之间的搭接强度还受到搭接形式、焊接胶材料及布置、焊点及焊接方式等各方面因素的影响，振动在这类结构中的传播机理无法用简单理论描述，其分析和控制难度大，多依靠后期治理解决。对于中高频的空气声的传播，由于车身***结构的复杂性及其它零部件在车身上安装形式的多样性，声波通过复杂板件、孔洞、缝隙及空腔不断的反射、透射并在传播过程中被各类金属、非金属材料吸收损耗，最终在车内形成复杂的声学环境，其控制目前也多依靠重复试错来解决。
由于车身***的复杂性，空气声、结构声的传播路径都相当复杂，现有理论技术均难以有效阐述振动噪声在车身***中的传播规律。目前行业中对车身***振动噪声控制技术手段不外乎对接附点主动侧振动速度或加速度激励、噪声源辐射噪声的控制以及对关键路径的振振、声振和声声传递函数的控制。即使采用TPA方法，也只是识别出输入给车身接附点的力和声源表面加速度，然后乘以传递函数去预测各条路径产生的噪声，而从能量角度来讲，从车身接附点到车身***不仅有力的传递还有形变的传递，因此TPA方法也不能全面表征能量在车身***内部的传递规律，对车身***振动噪声的分析和控制还具有提升的空间。
发明内容
本发明的目的是提出一种车身噪声分析方法、计算机设备和存储介质，第一方面能够更准确分离结构声和空气声，第二方面能够更准确的对车身***振动噪声进行分析和预测。
本发明所述的一种车身噪声分析方法，包括以下步骤：
获取车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度、各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数、各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量、车身各接附点的原点加速度导纳和车身各接附点到车身板件表面的振振传函；
基于车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度和车身各接附点的原点加速度导纳，计算并得到车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力；
基于车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力和车身各接附点到车身板件表面的振振传函，计算得到车身各板件各网格点处的振动速度和车身各板件向车内辐射的结构声功率；
基于各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数，计算得到各激励源的辐射声功率；
基于各激励源的辐射声功率以及各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量，计算得到通过车身各板件透射到车内的空气声功率。
可选的，基于车身各板件向车内辐射的结构声功率确定车身各板件向车内辐射的结构声贡献量。
可选的，基于车身各板件透射到车内的空气声功率确定车身各板件传入车内的空气声贡献量。
可选的，还包括以下步骤：获取车内声腔的损耗因子以及车身各块板件的损耗因子，基于车身各板件向车内辐射的结构声功率、车身各板件透射到车内的空气声功率、车内声腔的损耗因子以及车身各块板件的损耗因子，计算得到车内声腔的声场分布。
可选的，还包括以下步骤：基于车内声腔的声场分布预测车内耳旁噪声。
可选的，车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力由下式计算：
式中：IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到第j个车身接附点的激励力，Vij(ω)表示相第i个激励源对应的第j个车身接附点的振动速度。
可选的，还包括以下步骤：
由公式：计算得到车身各板件向车内辐射的结构声总声功率，式中：/>为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为第l块车身板件的表面积，dS表示第l块车身板件上的表面面元，/>为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，/>为距离面元dS为/>处的声强，/>为第l块车身板件上距离dS为/>处的振动速度响应，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，k为波数，由第j个车身接附点导致的第l块车身板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示第j个车身接附点到第l块车身板件上/>处的振动传递函数，Fj(ω)表示第j个车身接附点的激励力。
可选的，计算得到车内声腔的声场分布包括以下步骤：将公式 和/>代入能量流平衡方程Π1S,in+Π1A,in+Π21＝Π1S,out+Π12+Π1,dis和Π2A,in+Π12＝Π21+Π2,dis中，解出和式中：Π1S,in表示输入到车体的结构声总功率；Π1A,in、Π2A,in分别表示输入到车体和声腔的空气声总功率；Π12、Π21分别表示车体与声腔之间相互传递的总功率；Π1S,out表示车体***向外辐射的总声功率；Π1,dis、Π2,dis分别表示车体和声腔内部耗散的功率，IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到第j个车身接附点的激励力，Vij(ω)表示相第i个激励源对应的第j个车身接附点的振动速度，/>为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为第l块车身板件的表面积，dS表示第l块车身板件上的表面面元，/>为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，/>为距离面元dS为/>处的声强，/>为第l块车身板件上距离dS为/>处的振动速度响应，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，k为波数，由第j个车身接附点导致的第l块车身板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示第j个车身接附点到第l块车身板件上/>处的振动传递函数，Fj(ω)表示第j个车身接附点的激励力；M和N分别表示激励源的个数及每个激励源对应的车身接附点个数，π为圆周率；SR表示距离激励源i为R处的球面面积，IAR,i、/>分别表示自由场中距离第i个激励源为R处的声强和平均声压，/>表示从第i个激励源到面元dS内表面处基于功率的噪声衰减量，F21,l为声腔内总声压作用于第l块车身板件上的力，为声腔声压作用于车身板件的表面总声压，/>为板件模态振型函数，ηS、ηA分别为车体和声腔内部损耗因子，ES、EA分别为车体和声腔内的总能量，ρS,l为面元dS处车身板件的面密度，V表示车内声腔的体积，/>表示车内声腔的平均声压级，/>分别表示从第i个激励源经过车身第l块板件辐射到车内的结构声和空气声，Pl所有激励源传递到车身第l块板件的噪声。
本发明还提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的车身噪声分析方法。
本发明还提出了一种存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的车身噪声分析方法。
本发明能够更准确分离结构声和空气声，可以更准确的分析和预测结构声和空气声对车内耳旁噪声的贡献，可以区分不同路径、不同板件分别对结构声和空气声的贡献，从而更准确的对车身***振动噪声进行分析和预测，有助于指导结构声、空气声传递特性的控制，有助于实现低噪声车身***的开发。
附图说明
图1为部分实施例中所述的车身噪声分析方法的流程图；
图2为具体实施方式中所述的低噪声车身***能量流正向控制模型；
图3为具体实施方式中所述的车身***能量流平衡模型；
图4为具体实施方式中所述的车身板件辐射噪声模型；
图5为具体实施方式中所述的激励源在车体表面的辐射声压模型；
图6为具体实施方式中所述的车身表面网格示意图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示的一种车身噪声分析方法，包括以下步骤：
S100:获取车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度、各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数、各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量、车身各接附点的原点加速度导纳和车身各接附点到车身板件表面的振振传函；
S200:基于车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度和车身各接附点的原点加速度导纳，计算并得到车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力；
S300:基于车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力和车身各接附点到车身板件表面的振振传函，计算得到车身各板件各网格点处的振动速度和车身各板件向车内辐射的结构声功率；
S400:基于各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数，计算得到各激励源的辐射声功率；
S500:基于各激励源的辐射声功率以及各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量，计算得到通过车身各板件透射到车内的空气声功率。
在具体实施时，基于车身各板件向车内辐射的结构声功率能够确定车身各板件向车内辐射的结构声贡献量。基于车身各板件透射到车内的空气声功率能够确定车身各板件传入车内的空气声贡献量。在具体实施时，多种预设运行工况可以根据整车运行工况来确定，可以选择多种整车运行工况作为多种预设运行工况，也可以选择全部的整车运行工况作为多种预设运行工况。
采用上述的技术方案，可分析出车身各板件传入车内的空气声贡献量以及车身各板件向车内辐射的结构声贡献量，能够更准确分离结构声和空气声，可以更准确的分析和预测结构声和空气声对车内耳旁噪声的贡献，有助于指导结构声、空气声传递特性的控制，有助于实现低噪声车身***的开发。
在一些实施例中，车身噪声分析方法还包括以下步骤：获取车内声腔的损耗因子以及车身各块板件的损耗因子，基于车身各板件向车内辐射的结构声功率、车身各板件透射到车内的空气声功率、车内声腔的损耗因子以及车身各块板件的损耗因子，计算得到车内声腔的声场分布。采用上述的技术方案，得到车内声腔的声场分布，可以预测车内耳旁噪声。作为一种具体示例，还包括以下步骤：基于车内声腔的声场分布预测车内耳旁噪声。
在一些实施例中，车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力由下式计算：
式中：IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到第j个车身接附点的激励力，Vij(ω)表示相第i个激励源对应的第j个车身接附点的振动速度。采用上述的技术方案，能够更准确的计算车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力。
在一些实施例中，还包括以下步骤：
由公式：计算得到车身各板件向车内辐射的结构声总声功率，式中：/>为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为第l块车身板件的表面积，dS表示第l块车身板件上的表面面元，为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，/>为距离面元dS为/>处的声强，为第l块车身板件上距离dS为/>处的振动速度响应，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，k为波数，/>由第j个车身接附点导致的第l块车身板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示第j个车身接附点到第l块车身板件上/>处的振动传递函数，Fj(ω)表示第j个车身接附点的激励力。采用上述的技术方案，可以计算出车身各板件向车内辐射的结构声总声功率，通过该公式也方便求出其中某个板件某个网格点的辐射声功率，并计算其贡献量，极可以更准确的计算出车身各板件向车内辐射的结构声功率和贡献率。
在一些实施例中，计算得到车内声腔的声场分布包括以下步骤：将公式 和/>代入能量流平衡方程Π1S,in+Π1A,in+Π21＝Π1S,out+Π12+Π1,dis和Π2A,in+Π12＝Π21+Π2,dis中，解出和式中：Π1S,in表示输入到车体的结构声总功率；Π1A,in、Π2A,in分别表示输入到车体和声腔的空气声总功率；Π12、Π21分别表示车体与声腔之间相互传递的总功率；Π1S,out表示车体***向外辐射的总声功率；Π1,dis、Π2,dis分别表示车体和声腔内部耗散的功率，IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到第j个车身接附点的激励力，Vij(ω)表示相第i个激励源对应的第j个车身接附点的振动速度，/>为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为第l块车身板件的表面积，dS表示第l块车身板件上的表面面元，/>为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，/>为距离面元dS为/>处的声强，/>为第l块车身板件上距离dS为/>处的振动速度响应，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，k为波数，/>由第j个车身接附点导致的第l块车身板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示第j个车身接附点到第l块车身板件上/>处的振动传递函数，Fj(ω)表示第j个车身接附点的激励力；M和N分别表示激励源的个数及每个激励源对应的车身接附点个数，π为圆周率；SR表示距离激励源i为R处的球面面积，IAR,i、/>分别表示自由场中距离第i个激励源为R处的声强和平均声压，/>表示从第i个激励源到面元dS内表面处基于功率的噪声衰减量，F21,l为声腔内总声压作用于第l块车身板件上的力，为声腔声压作用于车身板件的表面总声压，/>为板件模态振型函数，ηS、ηA分别为车体和声腔内部损耗因子，ES、EA分别为车体和声腔内的总能量，ρS,l为面元dS处车身板件的面密度，V表示车内声腔的体积，/>表示车内声腔的平均声压级，/>分别表示从第i个激励源经过车身第l块板件辐射到车内的结构声和空气声，Pl所有激励源传递到车身第l块板件的噪声。采用上述的技术方案，可以求解出声腔表面的声压级，再通过Kirchhoff公式可以进一步求得声腔内部任一区域的声压级(即声场分布)。对于实际工程中，通常以车内耳旁噪声为开发目标，基于上述方法就可以预测车内耳旁噪声，并基于上述分析步骤可以分离出各噪声源到车身各板件的结构声、空气声的贡献量。这对于车内噪声的综合开发(包括目标设定、分解与达成等)具有较好的指导意义。并且，上述的计算过程基于功率流理论，更全面的考虑了能量在车身***内部的传递规律，从而更准确的对车身***振动噪声进行分析和预测，有助于指导结构声、空气声传递特性的控制，有助于实现低噪声车身***的开发。
在一些实施例中，本发明还提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的车身噪声分析方法。
在一些实施例中，本发明还提出了一种存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的车身噪声分析方法。
在具体实施时，车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度、各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数、各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量、车身各接附点的原点加速度导纳和车身各接附点到车身板件表面的振振传函等参数可以通过以下测试和测量的方式获得：
进行整车工况条件下车身各接附点振动测试，试验的目的是测试车身各接附点在整车各种运行工况下的振动速度，可选择在道路或者转鼓消声室测试，工况包括怠速、全油门加速(WOT)、半油门加速(POT)、匀速巡航(50km/h、60km/h、……、100km/h、110km/h、120km/h直至最大速度)、最大速度至80km/h及80km/h至30km/h减速滑行等。通过在各接附点附近布置三向加速度传感器测得上述各种工况下的加速度，通过积分求得各接附点振动速度。
动力总成单体辐射声功率台架测试，试验的目的是测试动力总成单体在整车各种运行工况下的辐射声功率，一般要求在位于消声室的发动机台架或电机台架上进行测试。通过在动力总成各面距离1m外布置麦克风测得上述各种工况下的声压级，通过公式(6)就可以计算得到动力总成的辐射声功率。
整车状态下排气尾口辐射声功率转鼓测试，试验的目的是测试排气尾口在整车各种运行工况下的辐射声功率，可选择转鼓消声室进行测试。在排气尾口±45°、距离0.5m处布置两个麦克风测得上述各种工况下的声压级，通过公式(6)就可以计算得到排气尾口的辐射声功率。
整车状态下轮胎辐射声功率转鼓测试，所述试验的目的是测试左前、右前、左后、右后四个车轮轮胎在整车各速度匀速巡航工况下的辐射声功率，可选择转鼓消声室进行测试。试验不需要启动发动机，由转鼓带动车轮转动。在车轮四周距离0.05m处布置四个麦克风测得上述工况下的声压级，通过公式(6)就可以计算得到各位置轮胎的辐射声功率。
整车状态下风噪源风洞测试，试验的目的是测试左右后视镜、左右A柱及雨刮等主要风噪声源在不同车速(80km/h、90km/h、……、120km/h直至最大速度)、不同偏角(±5°、±10°、±15°、±20°)下的辐射噪声，一般选择声学风洞进行测试。在沿被测对象表面4～6各位置距离表面0.05m处迎风布置“鼻锥式”传声器或直接采用距车身表面5m外麦克风阵列测得上述工况下的监测点的声压级，通过公式(6)就可以计算得到各噪声源的辐射声功率。
整车静态噪声衰减量(PBNR)测试，测试的目的是测试动力总成、排气尾口、轮胎、后视镜、A柱及雨刮等位置到车内声腔表面的声功率衰减量(PBNR)，一般选择在半消声室进行测试。首先将车身壁板按照图6所示分成0.1m×0.1m的网格；然后采用体积声源在各噪声源的各表面0.05m处发出白噪声激励车身；分别在车体壁板内外表面对应每个网格中心点法向距离0.05m处采用麦克风记录声压级。从噪声源到测试网格中心监测点的PBNR通过体积声源声功率级减去监测点平均声压级得到，体积声源声功率级可以按照ISO3744测量得到。
内饰车身状态下各接附点原点加速度导纳(IPI)及振振传函(VTF)测试，内饰车身状态下各接附点原点加速度导纳(IPI)及振振传函(VTF)测试。测试的目的是测试车身上所有悬置接附点、前悬立柱接附点、副车架接附点、后悬弹簧、后悬阻尼器、后拖臂、排气吊耳等接附点的原点加速度导纳(IPI)及各接附点到车身板件表面的振振传函(VTF)，一般选择在模态消声室进行测试。测试中，在各接附点采用力锤激励，在各接附点附近及如图6所示的车身表面网格点处均布置三向加速度传感器记录接收到的振动加速度信号。要求测试中接附点附近的加速度监测点尽可能靠近锤击点。各接附点的振动加速度与力锤力信号的比值，即为该接附点的原点加速度导纳(IPI)；各网格点振动加速度与某接附点力锤激励时力信号的比值，即为该接附点到对应网格点的振振传递函数(VTF)。
声腔损耗因子测量，测量的目的是测试车内声腔的损耗因子，一般采用混响时间法，并与上述的PBNR测试同步进行。所不同的是，体积声源布置在车内两排座椅中心位置发生白噪声激励声腔各一次，采用不同高度间距均匀布置的6～10各麦克风记录车内声腔各位置的声压级衰减信号。稳态声源停止后声压级衰减60分贝所需要的时间，即T60。在实际测试过程中，通常根据T20来计算T60。损耗因子可以通过测试或计算得到的混响时间T60计算得到，如下：
结构损耗因子测量，测量的目的是测试车身上各块板件的结构损耗因子，一般采用瞬态衰减法，并与上述的VTF测试同步进行。所不同的是，力锤的激励点改为板件表面中心任一点，通过板件上传感器记录的加速度响应信号与力锤的力信号可以计算得到损耗因子，可参照SAE J1637标准进行。
作为一种具体实施方式，上述的车身噪声分析方法的计算分析过程如下：
车身各接附点激励力识别：根据测得的整车工况条件下车身各接附点的振动速度和测得的各接附点的原点加速度导纳(IPI)，通过公式(4)就可以计算得到车身各接附点在各种运行工况下输入的激励力；
车身各接附点输入结构声功率计算：根据测得的整车工况条件下车身各接附点的振动速度和测得的各接附点的原点加速度导纳(IPI)，通过公式(5)就可以计算得到车身各接附点在各种运行工况下输入的结构声功率；
车身各板件向车内辐射的结构声功率及贡献量分析：根据上述各接附点的激励力和测得的各接附点到车身各板件的振振传函(VTF)的乘积，可以计算得到车身各板件各网格点处的振动速度。通过公式(8)就可以计算得到车身各板件向车内辐射的结构声功率，并可以基于此分析不同板件向车内辐射的结构声的贡献量。
各激励源辐射声功率计算：根据整车工况条件下各噪声源的测试即可以得到其辐射声功率。车内空气声功率计算及贡献量分析：根据上述各噪声源的声功率及各噪声源位置到车内声腔表面各网格点的声功率衰减量，通过公式(7)可以计算得到通过车身各板件透射到车内的空气声功率，并可以基于此分析通过不同车身板件传入车内的空气声贡献量；
车内耳旁噪声预测及各路径空气声、结构声贡献量分析。结合上述所有测试结果，将公式(5)、(7)、(8)、(10)、(14)、(15)、(16)代入能量流平衡方程(2)和(3)中就可以解出车内声腔表面的声压级(11)、(12)和(13)，再通过Kirchhoff公式可以进一步求得声腔内部任一区域的声压级(即声场分布)。在实际工程应用中，通常以车内耳旁噪声为开发目标，基于本申请提出的车身噪声分析方法就可以预测车内耳旁噪声，并基于上述分析步骤可以分离出各噪声源到车身各板件的结构声、空气声贡献量。这对于车内噪声的综合开发(包括目标设定、分解与达成等)具有较好的指导意义。
本申请提供车身噪声分析方法基于振动能量流，其基本原理如图2至图6所示。基于功率流理论，建立从各主要激励源(噪声源)到车身梁系接附点、再到车身各板件、再辐射到乘员舱并与声腔耦合，最终结构声、空气声叠加形成车内噪声的能量关系模型。汽车主要噪声源包括动力传动***噪声、进排气***噪声、路噪及风噪等。一方面，噪声源产生的振动通过悬置、吊耳、轮胎/悬架***传递到车身相应的接附点，并通过梁柱结构最终引起车身各板件的振动，从而向车内空腔辐射噪声，形成结构声。另一方面，噪声源产生的辐射噪声作用于车体表面，穿过车身孔洞、缝隙传入车内或直接透过钣金传入车内，形成空气声。结构声与空气声在车内声腔中叠加形成车内噪声，并反过来作用于车身。
如图3所示，从能量流的角度，车身***可以简化为车体和声腔两个能量***。车体能量***一方面承受各接附点输入的振动能量，另一方面承受各噪声源辐射噪声的激励。根据功率流理论，第i个激励源传递到车体第j个车身接附点的功率输入可以表示为：
其中，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到车体第j个接附点的激励力，Vij(ω)表示相对应接附点的振动速度。根据保守***的能量守恒规律，流入***的能量等于***流出的能量与内部耗散的能量之和。因此，车体和声腔的能量平衡方程分别可以表示为：
Π1S,in+Π1A,in+Π21＝Π1S,out+Π12+Π1,dis (2)
Π2A,in+Π12＝Π21+Π2,dis (3)
其中，Π1S,in表示输入到车体的结构声总功率；Π1A,in、Π2A,in分别表示输入到车体和声腔的空气声总功率；Π12、Π21表示车体与声腔之间相互传递的总功率；Π1S,out表示车体向外辐射的总声功率；Π1,dis、Π2,dis分别表示车体和声腔内部耗散的功率；根据以上平衡方程，我们就可以建立整个车身***从源到路径、再到人耳位置的关系模型。
对于如图2所示的简化能量流控制模型，忽略不同接附点输入间对响应的串扰，接附点处的激励力可以表示为：
其中，IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，可以通过锤击法试验测试得到的加速度与单位激励力相除得到；Vij(ω)表示某工况下相对应接附点的振动速度，通过道路试验可以直接测量得到。
对于从第i个激励源传递车体相应接附点的结构声功率流，可以转化为用该接附点处的原点加速度导纳及振动速度表示。那么，车体输入的结构声总功率为：
其中，M和N分别表示激励源的个数及每个激励源对应的车身接附点个数。
第i个激励源在自由场中向外辐射的空气声功率可以表示为：
其中，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，π为圆周率；SR表示距离第i个激励源为R处的球面面积，IAR,i、分别表示自由场中距离第i个激励源为R处的声强和平均声压，可按照ISO3744测量得到。第i个激励源在自由场中向外辐射的空气声功率可以表示为：
其中，表示从第i个激励源到面元dS内表面处基于功率的噪声衰减量，可以通过试验直接测得。
车体能量对于声腔的能量输入由车身各板件(主要包括顶棚、前壁板、地板、侧围及背门五大子***)的辐射声功率决定。如图4所示，对于车身钣金上的某一较小面元，可认为向两侧的辐射声功率相等。因此，从车体能量***流向声腔能量***内外的辐射声功率均可以表示为：
其中，为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为板件l的表面积，dS表示板件l上的表面面元；/>为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，为距离面元dS为/>处的声强；/>为板件l上距离dS为/>处的振动速度响应，它可以通过加速度传感器直接测量并积分得到，也可以根据接附点激励力及振振传函(VTF)计算得到；k为波数，/>其中由车身接附点j导致的第l块板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示车身接附点j到车身第l块板件上/>处的振动传递函数。
对于声腔能量***，不仅有来自车身板件的辐射声功率输入，还有来自空气声的能量输入。所有激励源透射到声腔的空气声总功率，即对声腔的能量输入可以表示为：
其中，表示从激励源i到面元dS内表面处基于功率的噪声衰减量，可以通过试验直接测得。
从结构声、空气声两条路径传递到声腔的噪声叠加起来形成车内噪声。在实际工程开发某一确定工况下，根据各接附点输入结构声功率和各噪声源向车体辐射的空气声功率，就可以计算得到车内任一板件或壁面任一位置或区域的结构声、空气声声功率以及输入到声腔的能量。从第i个激励源经过车身第l块板件辐射到车内的结构声和空气声分别可以通过以下公式计算：
其中，分别表示从第i个激励源经过车身第l块板件辐射到车内的结构声和空气声，则所有噪声源传递到车身第l块板件的噪声可以表示为：
而对于具有复杂声学表面的声腔能量***，根据Kirchhoff公式可以进一步求得声腔内部任一区域的声压级(即声场分布)。
车内声腔中沿车身壁板处的噪声又反过来作用于车身板件，向车体传递能量。由功率流公式(1)可知，声腔能量流向车体能量的功率由声腔内总声压作用于壁板上的力F21,l与壁板的振动速度决定，如下公式：
其中，为声腔声压作用于板件的表面总声压(即为壁板处结构声与空气声的叠加，根据公式(11)可以得到)，/>为板件模态振型函数。
由于阻尼的作用，不论是车体还是声腔都存在部分能量的耗散。车体及声腔耗散的功率分别可以表示为：
其中，ηS、ηA分别为车体和声腔内部损耗因子，ES、EA分别为车体和声腔内的总能量，ρS,l为面元dS处板件的面密度，V表示车内声腔的体积，表示车内声腔的平均声压级。对于车体能量***，损耗因子可以通过瞬态衰减法(参考SAE J1637)测量得到；对于声腔能量***，损耗因子可以通过混响时间的测试方法计算得到。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
Claims (10)
1.一种车身噪声分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度、各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数、各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量、车身各接附点的原点加速度导纳和车身各接附点到车身板件表面的振振传函；
基于车身各接附点在多种预设运行工况下的振动速度和车身各接附点的原点加速度导纳，计算并得到车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力；
基于车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力和车身各接附点到车身板件表面的振振传函，计算得到车身各板件各网格点处的振动速度和车身各板件向车内辐射的结构声功率；
基于各激励源在多种预设运行工况下的辐射噪声参数，计算得到各激励源的辐射声功率；
基于各激励源的辐射声功率以及各激励源到车内声腔表面的声功率衰减量，计算得到通过车身各板件透射到车内的空气声功率。
2.根据权利要求1所述的车身噪声分析方法，其特征在于，基于车身各板件向车内辐射的结构声功率确定车身各板件向车内辐射的结构声贡献量。
3.根据权利要求1所述的车身噪声分析方法，其特征在于，基于车身各板件透射到车内的空气声功率确定车身各板件传入车内的空气声贡献量。
4.根据权利要求1所述的车身噪声分析方法，其特征在于，还包括以下步骤：获取车内声腔的损耗因子以及车身各块板件的损耗因子，基于车身各板件向车内辐射的结构声功率、车身各板件透射到车内的空气声功率、车内声腔的损耗因子以及车身各块板件的损耗因子，计算得到车内声腔的声场分布。
5.根据权利要求4所述的车身噪声分析方法，其特征在于，还包括以下步骤：基于车内声腔的声场分布预测车内耳旁噪声。
6.根据权利要求4所述的车身噪声分析方法，其特征在于，车身各接附点在多种预设运行工况下输入的激励力由下式计算：
式中：IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到第j个车身接附点的激励力，Vij(ω)表示相第i个激励源对应的第j个车身接附点的振动速度。
7.根据权利要求6所述的车身噪声分析方法，其特征在于，还包括以下步骤：
由公式：计算得到车身各板件向车内辐射的结构声总声功率，式中：/>为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为第l块车身板件的表面积，dS表示第l块车身板件上的表面面元，/>为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，/>为距离面元dS为/>处的声强，/>为第l块车身板件上距离dS为/>处的振动速度响应，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，k为波数，由第j个车身接附点导致的第l块车身板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示第j个车身接附点到第l块车身板件上/>处的振动传递函数，Fj(ω)表示第j个车身接附点的激励力。
8.根据权利要求7所述的车身噪声分析方法，其特征在于，计算得到车内声腔的声场分布包括以下步骤：将公式 、/>、、和/>代入能量流平衡方程Π1S,in+Π1A,in+Π21＝Π1S,out+Π12+Π1,dis和Π2A,in+Π12＝Π21+Π2,dis中，解出和/>式中：Π1S,in表示输入到车体的结构声总功率；Π1A,in、Π2A,in分别表示输入到车体和声腔的空气声总功率；Π12、Π21分别表示车体与声腔之间相互传递的总功率；Π1S,out表示车体***向外辐射的总声功率；Π1,dis、Π2,dis分别表示车体和声腔内部耗散的功率，IPIij表示第i个激励源对应的第j个车身接附点的原点加速度导纳，ω为圆频率，Fij(ω)表示第i个激励源传递到第j个车身接附点的激励力，Vij(ω)表示相第i个激励源对应的第j个车身接附点的振动速度，/>为车内声腔表面积；L表示组成车内声腔的车身板件总数，S为第l块车身板件的表面积，dS表示第l块车身板件上的表面面元，/>为面元dS到车内声腔辐射声压监测点的入射距离，/>为距离面元dS为/>处的声强，/>为第l块车身板件上距离dS为/>处的振动速度响应，ρ0、c0分别为空气的密度和声速，k为波数，/>由第j个车身接附点导致的第l块车身板件上/>处的振动速度可以表示为：
其中，表示第j个车身接附点到第l块车身板件上/>处的振动传递函数，Fj(ω)表示第j个车身接附点的激励力；M和N分别表示激励源的个数及每个激励源对应的车身接附点个数，π为圆周率；SR表示距离激励源i为R处的球面面积，IAR,i、/>分别表示自由场中距离第i个激励源为R处的声强和平均声压，/>表示从第i个激励源到面元dS内表面处基于功率的噪声衰减量，F21,l为声腔内总声压作用于第l块车身板件上的力，/>为声腔声压作用于车身板件的表面总声压，/>为板件模态振型函数，ηS、ηA分别为车体和声腔内部损耗因子，ES、EA分别为车体和声腔内的总能量，ρS,l为面元dS处车身板件的面密度，V表示车内声腔的体积，/>表示车内声腔的平均声压级，/>分别表示从第i个激励源经过车身第l块板件辐射到车内的结构声和空气声，Pl所有激励源传递到车身第l块板件的噪声。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的车身噪声分析方法。
10.一种存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的车身噪声分析方法。
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| CN202311419509.5A CN117408065A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种车身噪声分析方法、计算机设备和存储介质 |
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