基于OTPA方法的氢燃料电池客车转向系统噪声传递路径分析

张福亮， 曹精明， 王晓菲， 王洪辉， 杜 红

(1.潍柴动力股份有限公司, 山东 潍坊 261061； 2.潍坊内燃机质量检验中心有限公司, 山东 潍坊 261061)

氢燃料电池汽车由于没有燃油发动机的噪声，因而其助力转向泵、散热风扇等器件产生的噪声比较明显，影响乘坐舒适性。某氢燃料电池客车启动后电动液压助力转向泵开始工作，产生的“嗡嗡”声严重影响乘客乘坐的舒适性。本文针对此噪声问题，利用OTPA方法，分析其转向系统各噪声传递路径的贡献量，确认主要噪声传递路径及噪声产生原因，并提出改进措施。

1 转向系统噪声OTPA模型建立与验证

1.1 问题描述

某氢燃料电池客车的电动液压助力转向泵安装于车辆后部，当其启动后，后排座椅位置“嗡嗡”的声响比较突出，用Test.Lab测试系统采集的右耳噪声频谱如图1所示，右耳总声压级为59.74 dB(A)，其中297 Hz处噪声最为突出。

图1 后排座椅位置右耳噪声频谱

1.2 OTPA模型建立

经分析，该转向系统噪声主要有4条传递路径：

1) 路径1。转向泵本体辐射噪声穿过车厢地板传递到车内，是通过空气传递的噪声，后文简称空气声。

2) 路径2。转向泵振动通过其橡胶软垫传递到车体上，在车内产生噪声，是通过结构传递的噪声，后文简称结构声。

3) 路径3。转向泵振动通过转向高压油管、转向柱传递到车体上，在车内产生噪声，也是结构声。

4) 路径4。转向泵振动通过回油管、转向油壶、转向油壶支架传递到车体上，在车内产生噪声，同样是结构声。

由上述传递路径建立的OTPA模型如图2所示。

图2 转向系统噪声OTPA模型

1.3 模型验证

为保证传递率矩阵可求，要求计算传递率矩阵的试验工况数目不少于路径的数目。因此本文用于计算传递率矩阵的测试工况数应≥4，选取15个测试工况，用于计算传递率矩阵。另外，为证明所计算的传递率矩阵的准确性，还需要用1个测试工况来验证其计算信号和实测信号的一致性。故共需16个测试工况。试验采用德国西门子公司的SCM-V8-E采集板卡、Test.Lab测试分析软件，美国PCB公司的356A25加速度传感器，丹麦GRAS公司的46AE传声器，采样频率设置为10 240 Hz。具体试验方案见表1。

表1 试验方案

对测试数据进行计算，获得OTPA模型的传递率矩阵，用验证工况的输入点数据与传递率矩阵计算得到目标点后排座椅右耳噪声数据，并与验证工况目标点后排座椅右耳噪声实测数据对比，如图3所示，两者的峰值频率基本吻合，目标点实测总声压级为59.74 dB(A)，目标点计算总声压级为59.31 dB(A)，偏差很小，OTPA模型的准确性得到了验证。

图3 目标点响应的实测值与计算值频谱对比

2 转向系统噪声OTPA结果分析

1.3节中已计算得到了准确的转向系统OTPA模型传递率矩阵元素，通过与输入端单个路径的振动加速度或声压数据相乘，可获得转向系统单个传递路径的噪声贡献量，计算公式如下：

=

(1)

路径贡献量计算结果如下：路径1的噪声贡献最大，为58.63 dB(A)，需重点分析；其次是路径4，贡献量为49.69 dB(A)；路径2和路径3的贡献量较小，分别为44.53 dB(A)和35.94 dB(A)。

路径1的贡献量即为总的空气声贡献量，为58.63 dB(A)。路径2、3、4为结构声路径，按照声压级叠加公式(式(2))计算，可得总的结构声的贡献量为50.86 dB(A)。

(2)

下面从频域角度进行分析，确认主要影响频率。如图4所示，在297 Hz附近，路径1的贡献量远高于其他路径，而且该频率与后排座椅噪声的峰值频率相吻合，由此可知，要降低后排座椅位置的噪声，降低路径1在297 Hz的噪声贡献是主要措施。由于路径1的具体传递路径是转向泵本体辐射噪声穿过车厢地板传递到车内，所以可以考虑通过优化转向泵本体以减小噪声辐射，或采取增强车厢地板隔音效果的措施。

图4 噪声频谱

对结构声，由图5可知，路径4是主要贡献路径，且在整个频率范围内均占主导，应是主要的优化点。分析发现是由于回油管通过油壶、卡箍、支架、螺栓直接安装在车架上，在传递路径上没有采取隔振措施，可通过在安装支架和车架之间加装软垫进行优化。和路径4相比，路径2和路径3的噪声在整个频率范围内的贡献很小，不需要对路径进行优化。

图5 结构声贡献路径频谱

3 结 论

应用OTPA方法，对整车转向系统噪声传递路径进行研究，建立了从转向泵到后排座椅的OTPA模型，计算出了各传递路径的噪声贡献量，得出以下结论：

1) 仿真生成信号与实测信号吻合性良好，OTPA模型的准确性得到验证。

2) 转向泵本体辐射噪声穿过车厢地板传到后排座椅是最主要的噪声贡献路径。

3) 路径4是结构声的主要贡献路径，主要原因为转向油壶与车架之间没有采取隔振措施。