二、预测方法

二 、预测方法

假设车体受m个激励力作用，每一个激励力都有x、y、z三个方向分量（下面分别用k=1，2，3表示），每一个激励力分量都对应着n个特定的传递路径，那么这个激励力分量和对应的某个传递路径就产生一个系统响应分量。以车内噪声声压作为系统响应，这个声压分量可以表示为：

p_mnk=H_mnk（ω）·F_nk（ω） （8.1）

式中，H_mnk是传递函数；F_nk是激励力的频谱。

车内声腔受某个激励力作用，传递过来的所有声压成分之和可以表示为：

车内声腔受所有激励力作用，传递过来的所有声压成分之和可表示为：

动力总成激励

怠速时存在两种不同的载荷工况。第一种是稳态载荷，它是在某个转速，包含很宽的一个频段的激励。第二种是瞬态工况，在这个工况中，怠速转速在一定的范围内变动，但是对于每一个转速，只需要考虑一个频率。这种分析有助于查找怠速时的问题。

怠速工况时，车辆受到的激励在发动机的爆发压力和上下往复运动不平衡力的作用下，引起动力总成振动，并经过动力总成悬置传递到车身，引起车身低频振动和噪声，即为怠速振动噪声。通过怠速时振动噪声预测分析，可以对产品的NVH性能给予初步评估，评估风险，对比不同方案的效果。

有两种类型的动力总成激励可以使用。一是动力总成的力矩和惯性力。它由发动机的缸数、气缸排列方式、缸压、曲柄连杆机构等参数决定。另外一种是悬置处车身侧受到的力。它是动力总成振动经过悬置衰减后，传递到车身侧的力。

上述动力总成激励有两种获取方式：测试和计算，下面分别介绍。

（1）测试方法

1）动力总成激励测试方法。动力总成激励的测试通常是观察飞轮盘的角速度变动，然后通过公式计算出动力总成的力矩和惯性力。详细介绍可参考文献[1]第十四章第三节的内容，此处不再赘述。

2）悬置力测试方法。动力总成通过悬置安装在车架上，发动机的激振力通过悬置传递到车身上。直接测量发动机的激振力很困难，通常测量悬置处的传递力。一般是测量动力总成侧（称为主动边）和车体侧（称为被动边）两边的加速度，经过两次积分后得到相对位移，就可以计算力。在频域内，激振力表达式为：

式中，f为频率；A_a（f）和A_p（f）分别为主动边和被动边的加速度；k为悬置的刚度，同时还要考虑悬置的衰减特性（阻尼）。图8.1.1为某车型动力总成悬置Z向传递力测试结果。

图8.1.1 动力总成悬置力测试结果(https://www.daowen.com)

（2）计算方法

1）动力总成激励计算方法。以4缸发动机为例来说明发动机的激励，如图8.1.2所示。发动机作为主要的激励源，包括气体燃烧爆发压力和往复运动部件的惯性力两部分。基于气体爆发压力而产生的驱动转矩，与发动机旋转速度相关，由一系列的调谐成分构成。这些调谐成分系数与负载的幅值有关，一般都是通过试验测试的方法获得。考虑每个气缸的点火时刻，对四个气缸合成以后，仅存留2次、4次等偶数次成分，动力总成的振动受这些成分激励控制。气体爆发压力包括上下方向的激励和旋转方向激励，但是上下方向的激励作为内部作用力，相互抵消而不向外部传递。因此，支配动力总成振动的气体爆发压力成分中，仅有旋转方向的力矩，其计算式如下：

-πD²r[b₂sin（2ωt）+a₂cos（2ωt）] （8.5）

式中，D为气缸直径；r为曲轴半径。

其次，往复运动部分产生的惯性力可以通过机构运动学和机构动力学方法求得。往复惯性力与往复惯性质量、连杆长度、曲轴半径及发动机旋转速度有关。可以先求出一个气缸的往复惯性力，然后再根据气缸的数量及排列方式对多缸机进行矢量合成。对于直列4缸机，矢量合成的结果是仅存留上下方向的2次惯性力成分、旋转方向的2次力矩成分，但是旋转方向的力矩因相位的关系，与气体爆发压力产生的旋转方向的力矩有相互抵消的部分，这一点在计算时要加以注意。单缸往复惯性力可以按照下面的公式求得：

上下方向成分： 4w/grωe₂cos（2ωt） （8.6）

e₂=λ+λ³/4，λ=r/l

式中，r为曲轴半径；l为连杆长；w为往复惯性质量。

图8.1.2 四缸发动机激励计算图

旋转成分： 4w/grωf₂sin（2ωt）（8.7）

f₂=0.5+λ⁴/32

图8.1.3所示为动力总成力矩及惯性力计算值。

图8.1.3 动力总成力矩及惯性力计算值

除了上述计算方法以外，还有很多商用软件可以实现这一功能。

2）悬置力计算方法。利用上述测试或者计算得到的动力总成激励，可以计算悬置力，即车身侧受到的力。具体做法是将动力总成激励施加到整车模型上，利用有限元方法计算悬置的传递力。悬置传递力是直接的输出结果，不需做特殊的后处理。

（3）传递函数

传递函数包括振动传递函数和声学传递函数。激励点选择悬置安装点、排气吊挂安装点。振动传递函数的响应点为座椅导轨、地板、转向盘等处，声学传递函数的响应点为乘员耳边位置。