LMS汽車OEM降噪實(shí)例

1、一家汽車OEM制造商發(fā)現(xiàn)，在其制造的新車款中，車內(nèi)噪音比其競爭對手的相近車型高大約6dB他們必須迅速解決這一問題，降低該車款的噪音、振動和聲振粗糙度等級（NVH）在這個例子中，LMSInternational公司利用噪聲源排序、基準(zhǔn)測試分析和關(guān)鍵噪音路徑調(diào)查技術(shù)研究對策，并利用頻響函數(shù)測試技術(shù)對找到的對策進(jìn)行評估，確定了噪音過高的根本原因。他們發(fā)現(xiàn)，NVH的最主要來源是透過空氣傳播和透過引擎架傳播的噪音。于是，他們設(shè)計了一種新支架以減少引擎懸吊引起的噪音，并在底盤、防火墻和引擎罩上添加了一些裝飾材料，最終將噪音降低了8dBo本文將介紹如何采用現(xiàn)代化分析工具達(dá)到降低車內(nèi)噪音的效果。噪音問題在本文

2、例子中的車型量產(chǎn)前，OEM廠商發(fā)現(xiàn)該車在滿油門加速時會產(chǎn)生嚴(yán)重的引擎噪音。為此，LMS分析了與該車型相近的競爭車款，并將此競爭車款的內(nèi)部噪音，尤其是加速時的噪音水平作為問題車款的最佳化指標(biāo)。同時，OEMT商還要求確定這兩種車款噪音水平不同的原因，并提岀改善問題車型應(yīng)進(jìn)行那些設(shè)計改動。針對此一需求，LMS采用了一些先進(jìn)技術(shù)，包括一些能在車輛中迅速識別引發(fā)問題之大致區(qū)域的快速分析技術(shù)，如快速傳播路徑分析仃P(guān)A）技術(shù)；也包括一些可協(xié)助設(shè)計人員了解噪音機(jī)制并確定問題根本原因的詳細(xì)分析技術(shù)，如TPA和聲源量化（ASQ）技術(shù)。處理車輛內(nèi)部噪音問題的傳統(tǒng)方法，是透過實(shí)體測試尋找噪聲源。例如，為了消除車內(nèi)噪音

3、測量時發(fā)現(xiàn)的噴嘴噪音，可在進(jìn)風(fēng)口內(nèi)放一根管子，或?qū)⑦@個進(jìn)風(fēng)口的支管隔離，以消除其支架上發(fā)出的外殼噪音。此類測試的問題在于它們只能找到引發(fā)問題的大致來源。如果不能深入分析導(dǎo)致問題的原因，那么設(shè)計工程師通常會面臨一個冗長又昂貴的反復(fù)實(shí)驗過程。這個過程通常需要進(jìn)行耗資巨大的設(shè)計修改，但效果卻無法獲得保證。在LMS的做法中，首先利用噪聲源排序和基準(zhǔn)測試分析法尋找問題車型和競爭車型中的主要的噪音傳播路徑。在斷開了主要噪聲源并明確定義測量條件的前提下，LMS對兩種車型都進(jìn)行了TPA分析，并于一星期內(nèi)確定了以下噪聲源每rpm值產(chǎn)生的內(nèi)部噪音比例：1從引擎表面發(fā)出的空氣傳播類噪音；2從弓|擎懸吊發(fā)出的結(jié)構(gòu)傳播

4、類噪音；3從傳動軸發(fā)出并透過懸吊傳遞到車身的結(jié)構(gòu)傳播類噪音。快速TPA分析的結(jié)果顯示，空氣傳播類噪音占總噪音比例最大，達(dá)到49%;弓I擎表面發(fā)岀的噪音占40%由懸吊系統(tǒng)傳遞的噪音占11%o同時，這種快速分析技術(shù)也發(fā)現(xiàn)，在客戶提供的問題車輛上，空氣傳播的噪音所占比例更高，因為從它的引擎部份到車身，不但噪聲源基數(shù)高，而且聲傳播過大。LMS公司開發(fā)的快速TPA分析法基礎(chǔ)是一種非直接噪聲源識別方法。這種方法將每種噪音的貢獻(xiàn)視為一個等效噪聲源強(qiáng)度和一條等效傳播路徑的乘積。它不提供如哪一個引擎表面是主要的噪聲源之類的細(xì)節(jié)。由于已經(jīng)確定引擎表面是主要噪聲源，所以接下來應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)TPA分析以獲取更多信息，尤其

5、是每個引擎表面對噪音的貢獻(xiàn)情況。實(shí)施過程中，LMS利用一個經(jīng)校準(zhǔn)的噪聲源激勵每個引擎表面，并測量車內(nèi)響應(yīng)，測得了噪音從噪聲源到車內(nèi)的傳播路徑。在噪聲源附近，LMS透過聲學(xué)測量得到了量化的噪聲源強(qiáng)度。將得到的噪聲源強(qiáng)度與傳播路徑相乘，就得出了該噪聲源對車內(nèi)噪音的影響。之后，LMS對競爭車輛也進(jìn)行了相關(guān)噪聲源強(qiáng)度和傳播路徑分析。為厘清這兩種車輛噪音性能差異產(chǎn)生的原因，LMS對選擇的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，如引擎表面的布局和裝飾材料。詳細(xì)TPA分析的結(jié)果確定，右引擎表面是最主要的噪聲源。圖1：比較問題車輛與其最優(yōu)競爭者的聲音隔離特性，為設(shè)計提供目標(biāo)。圖2：采用一組傳感器測量車內(nèi)噪音。BODYSHfftBUU

6、y訐entbod*shfl*z;BorrrSMFi*nr-聲XB0.73科H75.«FIJSBQD*5HHL丙$UBf-RW>-r2i5UBF:RfiP-¥SIWFlir-JSUEFFI_F»¥SURFF&P4BDWFFFIMMFIWYBObFlP*丁IKbFLP-¥MICFLInB1741litIBl工折MJfl亞噸45軽曲冥frlJTrln創(chuàng)MRI?陽黑4H-肆妙甌制地24M1Tr.5:arslwmuewEFAtFcratdAwfM«MSMlKr?wMWiMsrir1Ekm&xribm»ri*MCf

7、luHEAmmwNameRticaJT和(Me*MwbvRkwiOhs忌Sam圖3:透過詳細(xì)傳播路徑分析，工程師可以研究主要傳動系統(tǒng)對車內(nèi)噪音的影響。圖4:利用聲傳感器量化噪聲源的聲強(qiáng)。圖5：原始問題車輛和修改后的最終原型車輛的整體噪音等級概覽說明整個頻譜上的噪音等級均有所降低。關(guān)鍵噪音傳播路徑接下來，LMS對關(guān)鍵噪音的傳播路徑進(jìn)行了研究?；诮Y(jié)構(gòu)的傳播路徑透過動態(tài)識別法(forceidentificationprocedure)和頻響函數(shù)(FRF)測量法共同分析。引擎的空氣傳播隔離性質(zhì)則透過計算基于FRF測量法的傳遞系數(shù)來評估。內(nèi)裝飾四周不同位置上的響應(yīng)，可反向測出噪聲源，因此測量速度更快。

8、體積加速度噪聲源是主動的，而汽車的面板計算基于FRF測量法的傳遞系數(shù)來評估。內(nèi)裝飾四周不同位置上的響應(yīng)，可反向測出噪聲源，因此測量速度更快。體積加速度噪聲源是主動的，而汽車的面板利用一個體積速度已校準(zhǔn)的噪聲源激勵車倉，并測量車FRF。由于這種反向測量采用的是體積速度已校準(zhǔn)的(panel)是被動的。因此，在裝飾材料(trim)表面上和裝飾材料下、車體的金屬層之上均放置了麥克風(fēng)。該測試可測岀單位體積加速度下的FRF裝飾材料壓力，單位體積上的FRF鋼和鋁壓力，以及在不同噪聲源和不同表面上得到比率的平均值。然后，LMS利用聲源量化(ASQ)找到了產(chǎn)生最多噪音的內(nèi)部面板。他們在測試中采用了人造激勵源，由

9、此縮短了測試的相關(guān)執(zhí)行時間。聲激勵采用聲源進(jìn)行，結(jié)構(gòu)激勵則采用了一個震動器。該實(shí)驗首先測量了從引擎表面上的聲源到制造車內(nèi)噪音的面板(包括防火墻，底盤、前窗和側(cè)窗)之間的振動聲學(xué)傳遞函數(shù)，接著又測量了從發(fā)岀噪音的面板到目標(biāo)麥克風(fēng)位置的聲音傳遞函數(shù)。ASQ顯示，對噪音貢獻(xiàn)作用最大的面板是防火墻的上部和前底盤。找到這些面板后，工程師們又根據(jù)其激勵回查到聲學(xué)或結(jié)構(gòu)共振現(xiàn)象。將找到的這些噪聲源與測量得到的FRF結(jié)合，就能量化不同噪聲源對車內(nèi)噪音的影響。對關(guān)鍵噪音路徑的詳細(xì)研究顯示，在客戶提供的問題車輛上，透過防火墻傳播的噪音比競爭車輛高得多。而且，由于問題車輛上防火墻的共振頻率更高，所以它只能隔離高頻噪

10、音。在結(jié)構(gòu)激勵下，防火墻的上部和前底盤對車內(nèi)噪音影響最大。另一方面，在聲音激勵下，防火墻上部就成為最主要的噪音來源。由于防火墻和前底盤所處的位置正是人耳聽覺靈敏度最高的位置，所以在臨界頻率的結(jié)構(gòu)模型中，它們也是最大的噪音來源。為了找到右引擎表面產(chǎn)生噪音的根本原因，LMS對其進(jìn)行了執(zhí)行模式分析(runningmodeanalysis)。結(jié)果突顯了這部份的結(jié)構(gòu)模型影響巨大，說明需要加固。評估噪音解決方案下一步，在投入時間和資金進(jìn)行實(shí)際修改之前，要先進(jìn)行簡單調(diào)整，以確定各因素對噪音的關(guān)鍵傳播機(jī)制影響為何。為了改變共振表現(xiàn)和震動到麥克風(fēng)的傳遞情況，首先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以試驗和改變面板的加速度水平。同時進(jìn)行的還有聲學(xué)調(diào)整，即在振動面板上添加質(zhì)量彈簧系統(tǒng)以嘗試隔離駕駛室。結(jié)構(gòu)調(diào)整和聲學(xué)調(diào)整包括：為了減少引擎表面的噪音，工程師在上面鉆孔；在內(nèi)部裝飾面板上添加隔音材料，在防火墻上添加發(fā)泡材料和絕緣材料的混合物，以隔離引擎發(fā)出、透過空氣傳播的噪音；透過焊接一根橫梁加固引擎支架。確認(rèn)噪音解決對策最后，LMS利用FRF測試對這些簡單的噪音解決對策進(jìn)行了評估。添加局部緩沖層對FRF影響最小，但利用一層發(fā)泡材料和一層厚緩沖層混合而成的隔離層卻能增大車倉與噪音的隔離度，效果非常好。得到確認(rèn)后，LMS便根據(jù)這些對策對車輛進(jìn)行了實(shí)質(zhì)修改。從重量、封裝、靜態(tài)剛度、耐用性等方面來說，這