基于传递路径的加速行驶车外噪声源识别与改进

李毅 谢运和 何嘉洋

摘要：为降低某乘用车加速行驶车外噪声，通过加速行驶车外噪声试验采集目标点数据，分析目标点噪声曲线及车辆位移曲线，得出目标点最大噪声时的车辆位置；建立车辆加速行驶车外噪声主要声源部件到车外目标点传递路径模型，通过频谱分析噪声频率；利用传递路径分析判断主要噪声源，并对主要噪声源发动机进行优化。结果表明：最大噪声时车辆位于超过测试场地中心线4.6 m处，最大噪声源为发动机，噪声频率为140～180 Hz；将发动机转速为4 500 r/min时转矩上升初始值减小后，车外噪声降低了2.6 dB，满足标准限值要求。传递路径分析方法可为加速行驶车外噪声源识别和改进提供参考。

关键词：加速行驶车外噪声；传递路径分析；噪声源识别；频谱分析

中图分类号：U467.493文献标志码：A文章编号：1673-6397（2024）02-0048-05

引用格式：李毅，谢运和，何嘉洋.基于传递路径的加速行驶车外噪声源识别与改进［J］.内燃机与动力装置，2024，41（2）：48-52.

LI Yi，XIE Yunhe，HE Jiayang.Identification of sources of noise emitted by accelerating vehicle based on transfer path and its improvement［J］.Internal Combustion Engine & Powerplant， 2024，41（2）：48-52.

0 引言

随着欧盟委员会ECE R51.03汽车加速行驶车外噪声标准3阶段即将执行^[1]及我国《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（中国第三、四阶段）》征求意见稿^[2]发布，汽车加速行驶车外噪声标准要求日趋严格。统计显示，若文献[2]实施，预计轻型汽车的淘汰率为15%左右，快速有效地对车外噪声进行识别和控制成为各汽车厂家产品开发中亟需解决的问题^[3-4]。

传统噪声分析和控制方法主要包括对车内的发声源进行包裹和屏蔽法、近场噪声分析法、分别运行法等^[5-7]。杨兆伟^[8]通过分析某商用车在实际行驶过程中的噪声生成机理，得到商用车在加速行驶过程中噪声的主要贡献量，对噪声试验进行了改进，提高了试验效率，增强了试验结果的可靠性。但车辆加速过程中车内发声的部件较多，主要包括动力总成辐射噪声、进气噪声、排气尾管辐射噪声等^[9-10]，对所有噪声源逐一排查分析验证效率低且盲目。基于声学传递函数的传递路径分析（transfer path analysis，TPA）方法是一种新的车辆加速行驶时对车外噪声源分析的方法，该方法基于车辆声源部件的声学载荷和车辆声源部件到目标点的传递函数，有效识别主要噪声源，并针对主要噪声源采取对应的改进措施^[11]。

本文中以某多用途车（multi-purpose vehicles，MPV）为研究对象，依据现行国家标准，进行加速行驶车外噪声测试，分析加速行驶过程中车外噪声源并进行优化，为加速行驶车外噪声源识别和改进提供参考。

1 加速行驶车外噪声测试

该MPV车型为M1类型车辆，采用手动变速器，前进挡位数为5，发动机额定转速为6 000 r/min，按照文献[12]中规定的测试方法及限值，采用第2挡、第3挡测量车辆加速行驶车外噪声，第2挡进线发动机转速为4 500 r/min，第3挡进线车速为50 km/h；噪声限值（以A计权，下同）为74 dB。测试场地如图1所示，图中l_s为加速连接段，l_a为最小标准试验行驶车道延伸长度，目标点传声器布置在PP′线上离地面高（1.20±0.02）m，距行驶中心线CC′（7.50±0.05）m处，其参考轴线必须水平并垂直指向中心线CC′，以测量中心O为基点，半径为50 m的范围内没有大的反射物^[12]。

测试过程中车辆中心沿行驶中心线CC′由AA′线向BB′线行驶，测量区域为汽车前端到达AA′线时迅速将加速踏板踩到底，使节气门全开并保持不变，直到汽车尾端通过BB′线时尽快松开油门踏板，测量汽车加速驶过测量区的最大声压级，每次测得的结果减去1 dB作为测量结果，测试结果为：该车加速行驶车外噪声为76.2 dB，大于标准中规定的限值74 dB；第2挡和3挡的测试中间结果分别为82.0 dB和70.4 dB，其中第2挡左侧噪声最大，严重超标，选取第2挡左侧噪声进行分析改进。

2 噪声源识别与分析

2.1 最大声级车辆位置

测试获得的第2挡加速行驶车外噪声左侧目标点噪声曲线和车辆位移曲线如图2所示。由图2可知：最大声压级对应的时刻为第1.25 秒，对应车辆位置为沿CC′线行驶超过PP′线4.6 m处。

2.2 传递路径分析原理

TPA是基于源-路径-响应的分析模型，將目标点响应分解为各个载荷源对应传递路径的贡献量，定量说明噪声或振动主要来源。经典TPA的理论公式^[13-16]为：

Pω=∑_iH_iω×A_iω+∑_jH_jω×B_jω，（1）

式中：P（ω）表示频率为ω时振动或噪声的总响应；∑_iH_iω× A_i（ω）为通过结构传递到目标点的响应，其中i为车辆底盘悬架系统的安装位置，∑_iH_i（ω）是结构路径传递函数，A_i（ω）是结构传递路径处安装点的结构载荷；∑_jH_j（ω）×B_j（ω）表示通过空气传递到目标点的响应，其中∑_jH_j（ω）为空气路径传递函数，B_j（ω）为空气传递路径声源点处的声学载荷。

汽车加速行驶车外噪声由汽车内各声源系统通过空气向外辐射产生，在测试加速行驶车外噪声时，由于目标点在车外的固定位置，测试车辆加速行驶通过目标点时，声源点与目标点之间无结构传递路径，只有空气传递路径。车辆加速行驶过程中空气传播声源有发动机、变速箱、轮胎、进气、排气系统、排气消声器、后桥等；根据车辆声源的传递情况，建立23条声学传递路径的加速行驶车外噪声传递路径分析模型如图3所示。

2.3 空气传递函数测试

使用中低频无指向体积声源Q-MED进行空气传递函数测试，声源依次布置在左前轮、进气口、发动机等车内声源位置，如图4所示，采用宽频白噪声进行激励^[17]，在声源可承受和功放不过载情况下应尽可能提高声源发声能量，使用传声器记录声源处噪声信号和车外目标点接收的噪声信号，通过计算得到声源近场位置到车外目标点的空气路径传递函数。

当声源激励点受到空间布置的限制无法采取直接激励法时，可采用互易法进行空氣传递函数测试^[18]，在目标点布置体积声源激励，在噪声源点布置传声器测量响应。

2.4 车辆加速行驶车外噪声源分析

加速行驶车外噪声测试完成后，截取最大噪声位置的时域数据，经傅里叶变换后，进行频谱分析，结果如图5所示。由图5可知：频率为140～180 Hz时，噪声峰值最高，能量最大。

将测试数据进行后处理导入TESTLAB软件中的TPA模块建立传递路径模型，利用逆矩阵法求解得到各声源点对车外目标点的声学载荷，声学载荷乘以传递函数得出各路径的权重，各路径权重矢量相加即得到仿真的车外噪声曲线，分析得到左侧目标点在140～180 Hz频率段各声源的权重排序如表1所示。

由表1可知：频率为140～180 Hz时发动机右侧声源点的权重最大，分析为动力总成系统为主要噪声源，改善方案为针对发动机本体参数进行优化。

3 改进与测试

根据以上分析，发动机额定转速为6 000 r/min，进行全油门测试时，车辆在第2挡测试工况时发动机转速为4 500 r/min，此时的噪声能量较大，超过标准规定限值，制定优化方案为：

进行发动机标定时，适当减小车辆在第2挡运行时发动机转速大于4 500 r/min后的初始转矩，由额定转矩的30%减小为额定转矩的10%，优化前、后第2挡加速行驶左侧车外噪声曲线如图6所示。

由图6可知：加速行驶车外噪声为73.6 dB，比改进前降低2.6 dB，满足标准中小于74 dB的要求。优化后车辆在第2挡运行时，当发动机转速大于4 500 r/min时，车辆加速度由1.13 m/s²降低为1.05 m/s²，对车辆动力性影响较小。

4 结论

以某MPV车型加速行驶车外噪声测试为例，结合专用声学设备和测试模块，应用传递路径分析方法，研究了某MPV加速行驶车外噪声并进行优化。

1）分别建立了发动机、变速箱、轮胎、进气、排气等 23 条声学传递路径到车外目标点的传递路径分析模型，计算车内各声源目标点的贡献量排序；针对贡献量大的声源进行优化，优化后，加速行驶车外噪声由76.2 dB降低为73.6 dB，满足标准限值要求。

2）传递路径分析方法可以高效地进行车内复杂声源系统对车外目标点的贡献量分析，为加速行驶车外噪声优化提供参考，可以有针对性地提出优化方案，缩短研究分析周期，具有实际工程应用价值。

参考文献：

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Identification of sources of noise emitted by accelerating vehicle

based on transfer path and its improvement

LI Yi，XIE Yunhe^*， HE Jiayang

Dongfeng Liuzhou Motor Co.， Ltd.， Liuzhou 54500，China

Abstract：To reduce the pass-by noise of a passenger car， the data of the target point is collected according to the process of the external noise test， and the noise curve and vehicle displacement curve of the target point are analyzed to obtain the vehicle position at the maximum noise of the target point. The transfer path analysis（TPA） model from the main sound source components to the target points outside the vehicle is established， and the noise frequency is analyzed by frequency spectrum. The main noise source is determined by the transfer path analysis， and the main noise source engine is optimized. The results show that the maximum noise of the vehicle is 4.6 m above the center line of the test site， the maximum noise source is the engine， and the noise frequency is 140-180 Hz. When the engine speed is 4 500 r/min， the torque rise step is reduced， and the outside noise is reduced by 2.6 dB， which meets the standard limit requirements. The transfer path analysis method can provide a reference for the identification and improvement of external noise sources of accelerating vehicles.

Keywords：noise emitted by accelerating vehicle;TPA;noise source identification;spectral analysis

（责任编辑：刘丽君）