声学灵敏度分析在面包车车身上的应用

李彩霞

（重庆工商职业学院 机电工程学院，重庆 400052）

声学灵敏度分析在面包车车身上的应用

李彩霞

（重庆工商职业学院 机电工程学院，重庆 400052）

某款面包车车身在一定的工况下振动明显较大，致使车辆的舒适性能明显下降。通过试验模态与仿真模态对比分析，验证几何模型的准确性。在此基础上利用声学仿真软件对面包车白车身进行声学灵敏度分析，通过左悬置点、右悬置点以及后悬置点的不同方向的激励获得响应点的声压信号。结果表明：不同的激励点对面包车的响应点的声压的影响不同；不同方向的激励也影响面包车响应点的声压；该款面包车由于在36 Hz以及111 Hz频率段与面包车车身顶盖的局部模态振动共振，导致车内噪声突然增大。为面包车的进一步改进提供依据。

振动与波；声学灵敏度；面包车；局部模态.

面包车由于其车身内空间大，价格便宜等特点深受大家欢迎。但是面包车的舒适性能较轿车相差甚远。同时，面包车较易发生事故，车辆事故调研表明“面包车”已成为较大以上交通事故的重灾车型之一。因此，对面包车的车身研究具有重要的工程应用意义。

关于振动与噪声的研究有很多，徐中明教授针对重型商用车的驱动桥进行了振动噪声预测分析，找出振动的原因，为桥壳的进一步改进提供理论依据[1]；朱静等通过对某轻型客车车身的有限元建模及相应的模态分析计算,得到此车身的固有频率和相应的振型,用于指导改进该类车型的振动问题[2]；魏沈平等针对某款电动汽车进行噪声分析和优化，通过优化改进了点击、减速器以及悬置系统的橡胶垫刚度，从而降低噪声，并通过试验验证了优化的可行性[3]；李舜酩等从声固耦合分析和有源噪声控制方面描述不同研究者对车辆内腔噪声分析与控制采取的措施，具有很高的参考价值[4]；杨博等以某型SUV车为例,建立车身及乘坐室声腔的有限元模型,并与刚度实验对比验证模型的正确性,通过频率响应分析得到车内噪声等级以及噪声的频率分布特性。为今后开展轿车车身噪声研究提供可借鉴的方法[5]。

关于车身的振动噪声研究很广泛，但是大多数研究的范围都在轿车和重型商务车上，关于面包车的研究却很少。文中以某款面包车为研究对象，建立声学有限元模型，利用噪声传递函数理论，针对面包车发生剧烈振动的现象进行分析，找出原因，为车身结构的进一步改进提供帮助。

1 模态分析

1.1 模型的处理

在UG软件中建立了白车身三维模型，将三维模型导入有限元软件中进行模态分析。进行有限元仿真分析前，需要对白车身三维模型进行响应的几何处理：

① 合并或消除了一些较小的面或边；

②去除对结果影响较小的圆孔等。

1.2 网格划分

对白车身CAD模型进行有限元网格划分，划分结果如图1所示。白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，采用少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要，四边形网格448 700，三角形网格5 543，三角形网格所占比例为1.2%。

图1 白车身三维模型和网格模型

1.3 模态分析

完成网格划分后，设置模态分析分析步，使用Lanczos法计算其20阶自由模态。试验模态[6]采用软绳悬挂的方式模拟自由模态。试验时在振动较大处布置较多的测点，以便获得更准确的结果。试验时由激振器对车身产生激励力，使车身产生振动，同时在车身的适当位置布置加速度传感器，试验采用固定激励点，改变响应点的多次触发采样，输入信号和输出信号经电荷放大器进入采集系统。将采集到的数据导入模态分析软件中，采用ploy max算法计算，得到试验值的固有频率。表1中列出了前6阶的仿真值和试验值，试验现场图如图2所示。

表1 试验模态与有限元仿真模态对比

图2 模态试验现场图

通过表1发现，有限元仿真与试验模态前6阶的频率误差均在5%以内，说明了有限元模型的准确性。

2 NTF分析

NTF是（Noise Transfer Function）噪声传递函数的简称，也即车身的声学灵敏度[7-9]。它是指施加于车身的单位力在车内产生的声压，即空腔对施加于车身结构的激励所产生的噪声响应，是车身结构与内部空腔所固有的结构—声学特性。

2.1 声学模型的建立

首先在有限元前处理软件中导入某车身结构有限元模型，提取面包车室内部与空气接触的表面，构成一个密闭的声学空腔。网格划分时，要注意声学单元和结构单元的单元大小要一致，且声学单元在每个波长范围内至少有6个单元，这里取12个单元。文中以300 Hz以内的低频噪声进行分析，噪声的分析频率f应该是所研究频率的2倍，即f=600 Hz，所以最小波长λ为0.57m,所以单元长度取为0.045 m。根据上述模型简化原则，在有限元前处理软件中建立如图3所示的声腔模型，共有40 745个节点，454 243个单元。

图3 声腔模型

为使模型与实际更加逼近，在白车身结构模型基础上，增加整车内饰系统、开闭件、风挡玻璃等附件的质量，如图4Trimmed body模型所示。

图4 Trimmed body模型

文中的NTF分析模型，是声学模型与Trimmed body的组合，如图5所示。

图5 NTF模型

2.2 激励点、响应点的确定

激励点为被动侧悬置中心，方向为X、Y、Z，响应点为驾驶员、中排左及后排右位置乘客耳朵处，响应点坐标如表2所示。

对比分析了左悬X、Y、Z，右悬X、Y、Z，后悬X、Y、Z激励时，各个考察点的响应；同时对比了横向力、纵向力、垂向力对车内噪声的影响（考察点为DRE），动力总成及悬置对车内噪声的影响，响应点在车室内的位置如图6所示。

图6 响应点

3 数据分析

分别针对各悬置点进行三个方向激励，激励信号分别为横向力、纵向力、垂向力，得到各响应点的振动噪声信号。

如图7所示，左悬置点上作用纵向力，各响应点在36 Hz、136 Hz、186 Hz出现了峰值，由此可以判定：在纵向力作用下，白车身在低频36 Hz、136 Hz、186 Hz噪声比较大。

图7 左悬Y方向激励各点响应

由表3可以看出：不同悬置点同一方向激励，引起的响应有差别；同一悬置点在不同方向激励，引起的响应也有差别。

表4为驾驶员位置右耳处的响应，通过表4可以看出：横向力激励下，在36 Hz、186 Hz出现峰值点；纵向力作用下，186 Hz出现峰值点；垂向力作用下，36 Hz、86 Hz、111 Hz、141 Hz、186 Hz出现峰值点。三个方向力共同作用下，186 Hz的频率引起的噪声比较大。

表3 右悬置点/后悬置点/左悬置点激励结果

表4 三处激励三方向的驾驶员右耳处响应

在36 Hz、111 Hz引起车顶的振动，振动如图8所示。

图8 白车身局部振动情况

4 结语

(1)观察点内在36 Hz、186 Hz均出现了峰值，考虑动力总成及悬置软垫参数后，在186 Hz车内噪声峰值消失，在36 Hz、111 Hz、131 Hz仍存在峰值，其中在36 Hz、111 Hz车身盖存在局部模态，是造成车内噪声峰值的主要原因，因此需要加强顶盖横梁。131 Hz为新出现峰值，悬置刚度需进一步优化；

(2)垂向力对车内噪声的影响较大，横向力、纵向力对车内噪声影响相对较小。

[1]徐忠明，晏慧，张志飞，等.重型商用车驱动桥振动噪声分析[J].重庆理工大学学报，2010，24（7）：1-6.

[2]朱静，左言言，吴爽，等.轻型客车车身的有限元模态分析[J].噪声与振动控制，2005，4：23-25.

[3]魏沈平，王燕，范习民.某电动汽车噪声分析及优化[J].北京汽车，2012，1：42-44.

[4]李舜酩，仪垂杰，赵玉成，等.车辆内腔噪声分析及控制研究的发展[J].农业机械学报，1998，29（2）：167-169.

[5]杨搏，朱平，韩旭，等.轿车车身结构噪声性能分析与优化研究[J].噪声与振动控制，2006，10：74-77.

[6]廖林清，徐科峰，雷刚，等.轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比[J].重庆工学院学报，2009，23（01）：11-14.

[7]曹文钢，曲令晋，白迎春.基于灵敏度分析的客车车身质量优化研究[J].汽车工程，2009，31(03)：278-281.

[8]吴光强，盛云，方园.基于声学灵敏度的汽车噪声声-固耦合有限元分析[J].机械工程学报，2009，45(03)：222-228.

[9]聂祚兴，于德介，李蓉，等.基于Sobol’法的车身噪声传递函数全局灵敏度分析[J].中国机械工程，2012，23（14）：1753-1757.

Application ofAcoustic SensitivityAnalysis to a Van’s Body

LI Cai-xia
（School of Mechatronic Engineering,Chongqing Technology and Business Institute, Chongqing 400052,China）

The vibration and noise of a van were found to be very large under its working condition so that its comfort was poor.Therefore,a finite element model was established for the van’s body.The results of simulations were compared with those from modal tests to justify the accuracy of the finite element model.On this basis,the acoustic sensitivity of the van’s body was simulated by acoustic simulation software.The sound pressure signals at the measurement points were obtained through the excitation at the left mount point,right mount point and the back mount point respectively in different directions.The results show that both different locations of aspiration points and different aspiration directions have different impacts on the acoustic pressure signals at the measurement points.At the frequencies of 36 Hz and 111 Hz,the local resonance of the van body’s top cover occurs which leads to very large internal noise.The results provide some bases for further improvement of the van’s body.

vibration and wave;acoustic sensitivity;van;local modes

TB535

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2015.02.017

1006-1355(2015)02-0069-04

2014－07－21

李彩霞（1984－），女，陕西绥德人，硕士研究生，讲师，主要研究方向机械设计与制造等。E-mail:281028404@qq.com