(2014)基于ATV_MATV技术的车内低频噪声分析_解建坤

图 5 驾驶员右耳处场点声压 dB 响应曲线 Fig. 5 Sound pressure response at the right ear of the driver
从场点的声压频响曲线中可以清晰的看到任意 场点的声压分布情况，图 5 中可以看出，驾驶员右耳 处在 68 Hz、134 Hz 及 138 Hz 处出现声压极大值。 有必要对这三处进行降噪处理。查看驾驶员右耳处 场点在相应频率下的面板贡献度直方图（如图 6 所 示）。
图 3 可以看出，模型网格中不同单元对相应场 点在各频率下的声传递向量是不同的。同理可以得 到其他场点的 ATV 云图。计算得到场点 ATV 后，就 可以在各种工况下进行场点声压频响函数计算以及 板块贡献量计算。
第 33 卷 第 4 期
噪声与振动控制
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3.2 ATV 响应计算和面板贡献量分析
图 3 驾驶员右耳处场点 ATV 云图 Fig. 3 Cloud chart of ATV
{vn} = j ωΩn{MRS P(ω)}
（2）
式中 Ωn ——结构振动模态在结构表面法线方
向上的矢量矩阵；
{MRS P（ω）} —— 由 模 态 参 与 因 子 构 成 的 向
量。
由此可以得到声场中任意点处的声压为
p = {ATV(ω)}T ⋅ j ω ⋅ Ωn{MRS P(ω)} = {MATV(ω)}T ⋅{MRS P(ω)}
Key words : acoustics ; low- frequency interior noise ; acoustic transfer vector ; modal acoustic transfer vector ; contributions analysis
汽车轻量化技术的迅速发展，很大程度上提高 了汽车的动力性能，但同时也增大了车身振动，车内 噪声等级，特别是低频结构噪声 。 [1] 低频噪声的响 度不大，但是长时间处于低频噪声环境中，很容易引 起烦躁、不安、疲劳等人体不适，严重影响驾驶安全 。 [2] 美国通用公司的 Sung 和 Nefske [3]用有限元法对整车 车 身 结 构 噪 声 进 行 了 分 析 ；Langley [4] 用 边 界 元
对于控制车内噪声有着重要意义。运用声传递向量（ATV）技术，对车内低频噪声进行预测仿真，得到场点频响函数并
针对该场点进行面板贡献度分析；运用模态声传递向量（MATV）技术，进行车身结构模态贡献量分析，提取贡献较大的
模态结果，进而预测对场点声压影响较大的车身结构。经过车身结构改进后，车内低频噪声得到一定程度抑制。为改
XIE Jian-kun , WANG Dong-fang , SU Xiao-ping , WU Gang
( School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 211816, China )
将车身由于发动机激励而引起的振动工况导入 到 virtual.lab 软件中，以车身的振动加速度作为响应 计算的边界条件，以上步计算得到的 ATV 作为声传 递向量，同时选择图 1 所示的板件进行 ATV 响应计 算。计算后得到模拟人头部的场点声压分布云图 （如图 4 所示）及各板件对于任意场点的声学贡献量 直方图。
1 ATV、MATV 方法简介
ATV 作为系统的固有属性，是结构表面法线方
向的振动速度与场点声压之间的一种线性关系。考
虑到结构模态，其模态参与因子与场点声压之间也
存在一种线性关系，称为 MATV。在多工况条件下
可以重复使用 ATV 和 MATV，避免重复计算 。 [6]
当压力扰动较小时，声学方程可以认为是线性
表面的处理、场点的位置、计算频率、声介质的物理
参数、结构模态形状等参数有关。
2 边界元模型的建立
利用 Hyper Mesh 软件建立车内空腔的声学边 界元模型，如图 1 所示。建模的过程中，在不影响精 度的情况下对模型进行了必要的简化，车内空腔网 格主要包括左前玻璃、左后玻璃、顶板、挡风玻璃、后 窗玻璃、后围板、右后玻璃、右前玻璃、右前门、右后 门、右后轮罩、左前门、左后门、左后轮罩、后底板、前
收稿日期：2012-09-21；修改日期：2013-01-04 作者简介：解建坤（1983- ），男，山东人，南京工业大学机械与
动力工程学院在读硕士研究生，主要研究方向是 车辆数字化开发与集成技术。 E-mial:xjk0908@163.com
法预测了结构振动的声辐射。这些都为车内噪声预 测分析打下了良好的基础。但无论有限元法或边界 元法，只要分析对象或外部激励发生改变就必须重 新进行计算。这对于运行在各种不同工况下的汽车 而言，要对其进行车内噪声分析和车身结构声学优 化 ，所 需 要 的 计 算 量 和 计 算 时 间 是 非 常 巨 大 的 。 ATV、MATV 技术的出现在一定程度上解决了这一 问题，减少了重复计算量和计算时间，使得在多工况 载荷条件下快速进行车内噪声分析和计算成为可 能 。 [5]
（3）
式 中 {MATV}T —— 模 态 声 传 递 向 量（Model
Acoustic Transfer Vector），其表达式为
{MATV}T = j ω ⋅ Ωn ⋅{MRS P(ω)}
（4）
MATV 的物理意义可以理解为单元或节点在特
定频率下由单位模态响应在声场中某点处引起的的
声压值。模态声传递向量与结构的几何形状、结构
处声压建立线性关系，ATV 的物理意义可以理解为
单元或节点在特定频率下的单位振动速度在场点上
引起的声压值。
声传递向量与下面的物理参数有关：结构的几
何形状、结构表面的处理情况（如增加阻尼）、场点位
置、计算频率、声介质的物理参数（速度，密度等）。
式（1）中 vn 可以通过将结构的位移向量投影到 结构表面的法线上而得到，即
进车内噪声水平提供一定的参考依据。
关键词：声学；车内低频噪声；声传递向量；模态声传递向量；贡献量分析
中图分类号：TB132；U239.5；TB533.2
文献标识码：A
DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2013.04.030
Analysis of Low-frequency Interior Noise of Vehicles Based on ATV and MATV Techniques
图 4 模拟人头的场点声压分布 Fig. 4 Sound pressure distribution of field points
从场点的声压分布云图中可以直观的看出声压 的分布情况及声压值，可以大致的了解车内场点处 的噪声情况。为了得到某一具体场点的声压情况， 下面以驾驶员右耳处的场点作为参考场点进行场点 的声压频响计算，得到驾驶员右耳处场点的声压频 响曲线（如图 5 所示）。
图 2 驾驶员和副驾驶头部位置场点网格 Fig. 2 Field points
3 ATV 响应计算
3.1 ATV 计算 在 virtual.lab 软件中导入车身结构模型、车内腔
边界元模型及场点网格，设置 ATV 的计算频率范围 为 20 Hz～200 Hz，步 长 为 1，对 场 点 ATV 进 行 计 算。68 Hz 时驾驶员右耳处场点的 ATV 云图如图 3 所示。
图 1 车内空腔边界元模型 Fig. 1 Structural modal presented by BEM
底板、前围板。模型中共有 5 892 个单元。 在模型中驾驶员和副驾驶头部位置设定两个场
点网格，如图 2 所示。这两个场点ຫໍສະໝຸດ Baidu格将作为 ATV 计算的参照，同时，驾驶员右耳处的场点将作为声压 频响函数计算及面板声学贡献分析的参照点。
Abstract : Low- frequency interior noise is important contents for improving the NVH quality of vehicles. Prediction and reduction of the major sources of low-frequency noise have important significance for noise control. In this paper, the low-frequency interior noise was predicted by using the method of ATV. The frequency response function of the field point was obtained, and the contributions of the panel to the field point were analyzed. Modal contributions of the body structures were obtained by using the method of MATV, and the body structure which has large contributions of sound pressure to the field point was predicted according to the modal results. The interior low-frequency noise was reduced in some extent after the improvement of the body structure. This work has provided a theoretical reference for reduction of interior noise of vehicles.
第 33 卷 第 4 期
噪声与振动控制
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文章编号：1006-1355(2013)04-0145-04
基于 ATV、MATV 技术的车内低频噪声分析
解建坤 ，王东方 ，苏小平 ，伍 纲
（ 南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 211816 ）
摘 要：车内低频结构噪声是汽车 NVH 特性研究的重要内容，判断低频噪声的主要来源和降低车内低频噪声水平
MATV 分析计算需要车身结构模态，同时必须 把结构的模态和 ATV 放到同一个网格上。这里用 ANSYS 求 解 得 到 车 身 结 构 在 20～200 Hz 之 间 的 192 阶模态。将模态结果导入到 virtual.lab 软件中， 由于前面计算的 ATV 是在边界元网格上，所以将结 构模态映射转移到边界元网格上。计算模态参与因 子，并以前面计算的 ATV 为传递向量进行 MATV 计 算。针对声压频响曲线中的几个峰值频率点，即 68 Hz、134 Hz 和 138 Hz，提取出相应的 MATV 结果如 图 7 所示。
从图 6 得到，对应于 68 Hz、134 Hz 和 138 Hz，对 驾驶员右耳处场点声压贡献最大的板件分别为后底 板、顶板和前底板、前围板，且各板件的贡献度均为 正值。
1-左前玻璃，2-左后玻璃，3-顶板，4-挡风玻璃，5-后窗玻 璃，6-后围板，7-右后玻璃，8-右前玻璃，9-右前门，10-右
本 文 以 某 车 边 界 元 模 型 作 为 研 究 对 象 ，应 用 ATV 技术预测车内场点声压，并进行面板贡献度分
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析，得出对车内噪声贡献较大的车身板件；用 MATV 方法进行模态贡献量分析，得出对车内噪声贡献较 大的结构模态。对车内噪声影响较大的车身板件进 行结构改造，为降低车内噪声提供依据。
的，在输入（结构表面振动）和输出（场点声压）之间
可建立一种线性关系，这样声场中某点处的声压为
p = {ATV(ω)}T{vn(ω)}
（1）
式中 {ATV}——声传递向量（Acoustic Transfer
Vector，ATV）；
vn ——结构表面法线方向上的振动速度； ω ——角频率。
通过 ATV，将结构表面的振动速度与声场中某
后门，11-右后轮罩，12-左前门，13-左后门，14-左后轮 罩，15-后底板，16-前底板，17-前围板，z-总贡献 图 6 面板声学贡献度直方图 Fig. 6 Panel’s acoustic contribution
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4 MATV 分析