针对某SUV车型内饰车身噪声传递函数的诊断优化分析

韦宝侣　覃秋毅

【摘 要】汽车车内噪声品质是衡量汽车乘坐舒适性的重要指标，而噪声传递函数又是评价车内噪声的主要指标之一。噪声传递函数的控制是汽车前期开发提升NVH性能的重要手段。为了提升某SUV车型的NVH性能，采用HympreMesh作为前处理软件建立带内饰的车身有限元模型及声腔模型，用OptiStruct求解器进行求解，分析噪声传递函数，并诊断出车身结构高风险区域再对其进行优化。

【关键词】车内噪声;传递函数;诊断优化

【中图分类号】U467.493 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）06-0059-03

0 引言

随着汽车工业的快速发展，汽车已成为大众日常代步的重要工具，代表汽车舒适性的NVH性能已成为汽车消费者重点关注的指标。汽车内的噪声和振动过大，会影响驾驶员和乘員的驾乘舒适性。如今，汽车开发工具不断完善且实用性逐步增强，在进行NVH性能分析时，噪声传递函数（Noise Trsnsfer Function，NTF）是衡量NVH性能的重要指标之一，其表示施加于汽车车身的输入激励载荷与车内噪声参考点输出噪声之间的对应函数关系[1]。在汽车设计阶段进行NTF分析，能够快速且有效地找到车身上噪声输入的来源，及时发现车身设计存在的问题。

本文以某SUV车型作为研究对象，建立带内饰车身有限元模型和声腔模型结合的声固耦合模型，分析驾驶员右耳的噪声传递函数，再采用ODS变形和节点贡献量分析方法进行诊断优化，降低驾驶员右耳声压级响应，达到提升NVH性能的目的。

1 噪声传递函数分析

1.1 有限元模型的建立

以某车企SUV车型作为本文的分析原型，利用HyperMesh软件进行有限元网格建模。车身钣金选用Shell单元建立;网格尺寸为10 mm×10 mm;钣金属性为弹性模量，即2.1×105 MPa，密度为7.83×103 kg/m3，泊松比为0.3;钣金间的连接采用Acm、RB2单元模拟刚性连接，CBUSH单元模拟衬套及胶条连接;RB3和集中质量模拟车身内外饰配重;采用四面流体单元建立声腔模型，属性为1.293 kg/m3的密度、340 m/s的声速。

1.2 有限元模型构成

该有限元模型分成带内饰车身模型（Trimmed Body，TB）和声腔模型两个部分，结合成声固耦合模型进行NTF分析。图1和图2分别表示TB模型和声腔模型的构成。

1.3 NTF分析工况

自由状态下，在车身的关键连接位置分别施加X、Y、Z 3个方向的动态单位激励力，以驾驶员右耳附近作为响应位置，关键激励点和响应点位置见表1。运用单位激励频率响应计算法计算NTF，分析频域为1～200 Hz，得到驾驶员右耳附近的声压级响应。其中，车内噪声参考点根据国标《汽车内噪声测量方法》（GB/T 18697—2002）中的规定选取。由声压级计算公式即可转换为驾驶员耳旁噪声声压级响应SPL：

SPL=20lg（p/pm）

上式中：p为乘客耳旁声压值，pm为参考声压值2.0×10-5 Pa。

1.4 噪声传递函数结果分析

采用后处理软件HyperWorks导出NTF曲线进行结果分析，根据该款SUV车型的设计要求，驾驶员右耳声压级响应不应超出65 dB，识别出后悬减震器右安装点Y向激励NTF问题较大，如图3所示，横坐标表示重点关注频率1～200 Hz，纵坐标表示声压级响应，根据结果曲线可以得出：在1～200 Hz激励频率范围内，超出声压级响应的峰值从左到右依次为68 dB、67 dB、71.5 dB，所对应激励频率依次为115 Hz、141 Hz、159 Hz。该声压级响应值已对驾驶员的驾乘舒适性产生了负面影响，所以应对后悬减震器右安装点及与之相关的车身结构进行优化和改进。

2 NTF问题区域诊断

2.1 ODS工作变形分析诊断

工作变形分析（Operational Deflection Shape，ODS）定义为结构在某特定频率下的工作变形[2]。根据上一章节NTF分析找到的激励频率，即115 Hz、141 Hz、159 Hz，在这3个激励频率下，后悬减震器右安装点Y向对驾驶员右耳存在不达设计目标的声压级响应值，所以在TB模型的NTF工况下加载这3个激励频率计算ODS，模拟得到车身上的工作变形云图。

根据工作变形模拟结果：在频率为115 Hz时，顶盖第三、第四根横梁之间存在Z向位移阵型，为噪声的贡献源之一（如图4a所示），在频率为141 Hz与159 Hz时，右轮罩整体存在X、Y向位移阵型，为噪声的贡献源之一（如图5a所示）。

2.2 节点贡献量分析诊断

节点贡献量分析（Grid Participation Analysis，GPA）是把声腔内部的声压级响应分解成为流体和固体耦合界面上的节点贡献量云图[3]，这样就可以通过观察云图，在流固耦合的表面快速找出车身对NTF影响较大的区域，提供直观且全面的优化方向。

根据节点贡献量云图结果显示：在频率为115 Hz时，顶盖第三、第四根横梁右侧对NTF的贡献较大（如图4b所示）;在频率为141 Hz与159 Hz时，右轮罩大部分和右后侧车门后半部分对NTF的贡献较大（如图5b所示）。

2.3 诊断结果小结

通过采用ODS分析和节点贡献量分析对TB及声腔有限元耦合模型的NTF诊断，找到了后悬减震器右安装点Y向激励对驾驶员右耳声压级响应影响较大的区域（见表2），为降低驾驶员右耳声压级响应，应对这部分区域进行结构优化。

3 问题区域优化

3.1 结构优化

在考虑到优化成本和生产实际的情况下，针对115 Hz频率下的问题区域，对顶盖第三、第四根横梁之间进行结构优化：对称增加两根小纵梁搭接第三、第四根横梁，降低顶盖的传函响应贡献（如图6框内所示）。

针对141 Hz和159 Hz频率下的问题区域，对右轮罩前半部分的筋条进行优化：把筋条顺延下来，增加筋条的长度;延长轮罩加强板至地板撑脚，与地板撑脚形成搭接，降低右轮罩的传函响应贡献（如图7右侧框内所示）。

3.2 优化结果

通过对优化后的有限元模型进行NTF分析，提取曲线与优化前的NTF曲线进行对比，后悬减震器右安装点Y向激励到驾驶员右耳中3个不达设计目标的声压级响应峰值全部降低，达到了较好的优化效果。在115 Hz频率下的响应峰值从68 dB下降至67 dB;在141 Hz频率下的响应峰值从67 dB下降至62 dB;在159 Hz频率下的响应峰值从71.5 dB下降至67 dB。虽然未完全优化至目标线以下，但平均下降3.5 dB，目前状态可以接受，NTF曲线如图8所示。

4 结论

（1）通过建立某SUV车型的带内饰车身有限元模型和声腔模型的耦合模型，分析其噪声传递函数，根据结果发现了车身关键激励点后悬减震器右安装点对驾驶员右耳的声压级响应超出了設计目标要求的问题。

（2）根据问题频率，通过ODS工作变形分析和节点贡献量分析，找到车身顶盖横梁之间及右轮罩结构对该车NVH性能和车内乘员的驾驶舒适性存在较大影响，这部分影响已通过优化车身结构予以消除。

（3）在仿真分析应用中，通过优化噪声传递函数有效地提升了汽车的NVH性能，可以对后续的实际试验和生产提供指导方向。

参 考 文 献

[1]李书阳，常光宝，梁静强，等.某SUV车型内饰车身噪声传递函数优化分析[J].汽车零部件，2016（7）：15-18.

[2]段龙杨.某运动型多功能车车内轰鸣噪声分析与控制方法研究[D].长春：吉林大学，2010.

[3]马峰.基于NVH Director的车身节点贡献量分析[A].澳汰尔工程软件（上海）有限公司.2015Altair技术大会论文集[C].2015：381-384.

【作者简介】韦宝侣，男，广西柳州人，硕士，任职于上汽通用五菱汽车股份有限公司，高级工程师，从事设计质量管理、底盘技术、底盘电控开发等工作;覃秋毅（通讯作者），男，广西柳州人，本科，任职于湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，研究方向：白车身、TB车身NVH分析。