CN106845015B - 一种汽车车内噪声计算方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车车内噪声计算方法，包括：分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并与各自对应的实测模态进行对标；将对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算，并将模态计算的结果导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型；对所述刚柔耦合模型进行时域响应分析，以获取发动机悬置的各个接附点的载荷；获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数；根据每个所述接附点的载荷和传递函数计算每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平。本发明通过汽车刚柔耦合模型提取每个接附点的准确的载荷数据，并结合传递函数得到发动机悬置的每个接附点时域下实时车内准确的噪声声压级水平。

Description

一种汽车车内噪声计算方法
技术领域
本发明涉及汽车噪声技术领域，特别是涉及一种汽车车内噪声计算方法。
背景技术
随着社会的发展和技术的进步，人们对车品质的要求日益提高，而车内的噪声问题越来越受到人们的关注，汽车噪声、振动及因其而引发的汽车乘坐舒适性已经成为衡量汽车好坏的重要指标。
汽车车内的噪声主要由汽车发动机、中央传动系以及轮胎等噪声源产生，其中汽车发动机产生的噪声占主要部分。汽车车内噪声计算方法的本质就是计算出经相关噪声源传递到车内驾驶员处的噪声声压级水平，目前主要通过有限元(CAE)方法计算车内的噪声水平。现有CAE技术计算车内的噪声水平主要是在发动机悬置的接附点施加载荷，从而得到在载荷作用下，车内的噪声声压级水平。但是，现有的CAE技术中，发动机悬置的接附点上施加的载荷是发动机测试值经过计算转换后得到，与实际的接附点的载荷存在较大误差，无法准确计算车内的噪声声压级水平。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中不能准确计算车内噪声的问题，提出一种汽车车内噪声计算方法。
一种汽车车内噪声计算方法，所述方法包括：
分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并与各自对应的实测模态进行对标；
将对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算，并将模态计算的结果导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型；
对所述刚柔耦合模型进行时域响应分析，以获取发动机悬置的各个接附点的载荷；
获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数；
根据每个所述接附点的载荷和传递函数计算每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，所述将所述车架、传动轴以及后桥的柔体模型导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型的步骤之前还包括：
根据汽车的建模参数建立汽车的纯刚体多体模型，所述建模参数包括实际测得的发动机气缸的缸压。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，所述分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并与各自对应的实测模态进行对标的步骤包括：
分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并分别进行约束模态分析；
将每个所述有限元模型的约束模态分析的结果与对应的实测模态的结果进行比较，每个所述有限元模型的约束模态分析的结果均包括模态的频率和振型；
当当前有限元模型的约束模态分析的结果与其对应的实测模态的结果不同时，修正所述当前有限元模型。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，修正所述当前有限元模型的步骤包括：
修改所述当前有限元模型的建模状态。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，所述根据每个所述接附点的载荷和传递函数计算每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平的步骤包括：
将每个所述接附点的载荷和传递函数导入Testlab软件中，并运用传递路径分析模块进行计算，得到每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，所述获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数的步骤包括：
建立所述汽车的有限元模型；
根据所述汽车的有限元模型进行车身噪声传递函数分析和振动传递函数分析，得到所述发动机悬置的各接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，通过力锤法或激振法实验获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，所述传递函数包括声振噪声传递函数和振振噪声传递函数。
上述汽车车内噪声计算方法，其中，对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算结果为所述车架、传动轴和后桥在不同频率下振动位移。
本发明在多体动力学基础上通过对标的方法建立符合实际汽车的汽车刚柔耦合模型，在刚柔耦合模型的基础上直接获取各档位及转速下每个接附点的准确的载荷数据，并结合传递函数，得到发动机悬置的每个接附点时域下实时车内准确的噪声声压级水平。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例中的汽车车内噪声计算方法的流程图；
图2为本发明第二实施例中的汽车车内噪声计算方法的流程图；
图3为发动机悬置的接附点时域下实时车内噪声总体水平及部分分量声压级水平。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明第一实施例中的汽车车内噪声计算方法，包括步骤S11～S15。
步骤S11，分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并与各自对应的实测模态进行对标。
步骤S12，将对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算，并将模态计算的结果导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型。
汽车的纯刚体多体模型包括整车、动力总成、中央传动、后桥、后轮胎、前悬架、后悬架等部分，汽车的车架、传动轴以及后桥为汽车中的柔性体部分。对标的作用是使车架、传动轴以及后桥限元模型与实际汽车的车架、传动轴以及后桥结构更为接近，从而准确的建立柔体部分的有限元模型。将最终对标好的车架、传动轴以及后桥的有限元模型的模态计算的结果导入到汽车的纯刚体多体模型中对纯刚体多体模型进行柔性处理，得到汽车的刚柔耦合模型。经过对标后建立的汽车的刚柔耦合模型更接近实际车辆。
步骤S13，对所述汽车的刚柔耦合模型进行时域响应分析，以获取发动机悬置的各个接附点的载荷。
步骤S14，获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
上述步骤中，每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数可以通过有限元方法或实验法得到。
步骤S15，根据每个所述接附点的载荷和传递函数计算每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平。
本实施例在多体动力学基础上通过对标的方法建立符合实际汽车的汽车刚柔耦合模型，在刚柔耦合模型分析过程中，直接获取各档位及转速下每个接附点的准确的载荷数据，并结合传递函数，得到发动机悬置的每个接附点时域下实时车内准确的噪声声压级水平，对评估各个动力总成悬置的接附点的声学特性，降低车内噪声提供参考与借鉴。
请参阅图2，为本发明第二实施例中的汽车车内噪声计算方法，包括步骤S21～S27。
步骤S21，根据汽车的建模参数建立汽车的纯刚体多体模型，所述建模参数包括实际测得的发动机气缸的缸压。
汽车的纯刚体多体模型包括整车、动力总成、中央传动、后桥、后轮胎、前悬架、后悬架等组成部件。建模参数包括各组成部件的重量、质心、转动惯量、相关连接硬点位置、衬套刚度、发动机气缸的缸压等参数。根据各个组成部件的建模参数，通过LMS Virtual.LabMotion(多体动力学)模块建立汽车的纯刚体多体模型。本实施例中以发动机作为激励源，发动机气缸的缸压为实际测得的发动机气缸的缸压，这样建立的汽车的纯刚体多体模型符合实际工况。
步骤S22，分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型。
上述步骤中，根据汽车的车架、传动轴以及后桥的实际数模、材料参数、连接属性等建立各自的有限元模型。建立车架、传动轴、后桥的有限元模型时，有限元软件使用的前处理是HyperMess，求解器采用Nastran。
步骤S23，将所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型分别与其对应的实测模态进行对标。
上述步骤中，将所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型分别与其对应的实测模态进行对标的步骤包括：
步骤S231，分别对所述汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行约束模态分析；
步骤S232，并将每个所述有限元模型的约束模态分析的结果与对应的实测模态的结果进行比较，每个所述有限元模型的约束模态分析的结果包括均模态的频率和振型；
步骤S233，当当前有限元模型的约束模态分析的结果与其对应的实测模态的结果不同时，修正所述当前有限元模型。
车架、传动轴、后桥的有限元模型进行约束模态分析的结果为车架、传动轴、后桥的模态的频率和振型。将模态分析得到的频率和振型与各自对应的实测模态的频率和振型进行比较，当当前有限元模型的频率和振型与对应的实测模态的频率和振型不同时，修正当前有限元模型，使当前有限元模型与其对应的实测模态的频率和振型保持一致。
进一步的，对所述当前有限元模型进行修正时可修改建模状态，比如是在零部件状态还是带相关连接系统状态下建模。
步骤S24，将对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算，并将模态计算的结果导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型。
由于车架、传动轴、后桥的有限元模型分别和对应的实测模态对标进行对标，所以各有限元模型模态计算得到的振动位移更接近实际汽车的振动位移，将有限元模型模态计算的结果导入到汽车的纯刚体多提模型中可得到接近实际车辆的刚柔耦合模型，这样计算的车内噪声声压级更为准确。
步骤S25，对所述刚柔耦合模型进行时域响应分析，以获取发动机悬置的各个接附点的载荷。
步骤S26，获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
本实施例中，通过有限元方法获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数，包括步骤：
步骤S261，建立所述汽车的有限元模型；
步骤S262，根据所述汽车的有限元模型进行车身噪声传递函数分析和振动传递函数分析，得到所述发动机悬置的各个接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
上述步骤中，传递函数包括声振噪声传递函数和振振噪声传递函数。声振噪声传递函数，即发动机悬置的接附点到人耳处的噪声传递函数；振振噪声传递函数，即为发动机悬置的接附点到方向盘或者座椅导轨的噪声传递函数。
可以理解的，在本发明其他实施例中也可以通过力锤法或激振法实验获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
步骤S27，将每个所述接附点的载荷和传递函数导入Testlab软件中，并运用传递路径分析模块进行计算，得到每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平。
上述步骤中，通过Testlab软件计算汽车内的噪声声压级水平。将提取的发动机悬置的各个接附点的载荷和相对应的传递函数分别导入到Testlab软件，运用传递路径分析(TPA)模块，对导入的数据进行处理：按照源、路径、响应模型对各个接附点的载荷和传递函数进行合成，计算出系统的响应。即可得到每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平，进一步可得到所有接附点在目标位置的总体噪声声压级水平。
其中，传递路径分析(TPA)模块计算所述接附点的噪声声压级水平的公式为：
Pijn＝Hijn·Sij
其中，Pijn为所述接附点的传递途径i在j方向对汽车内的目标位置n处的声压级水平，Hijn为传递路径i上j方向到所述汽车内的目标位置n处的传递函数，Sij为传递路径i上j方向上的载荷。
所述汽车车内噪声总声压级水平的计算公式为：
Figure BDA0001232378140000071
其中，Pn为所述汽车内的目标位置n处的总声压级水平，Pijn为传递途径i在j方向对所述车内目标位置n处的声压级水平。
汽车内的目标位置n可以为驾驶员、方向盘或座椅导轨的位置。传递路径包括车身、底盘、内饰、外饰等，传递方向包括x、y、z轴方向，j∈(x，y，z)。
发动机激励就即为加载实测的缸压数据，通过整车多体刚柔耦合模型提取的载荷，结合得到的传递函数，将二者通过Testlab软件计算出发动机激励引起的各档位及转速下车内实时噪声声压级水平及汽车内的总体噪声水平。
如图3所示，为本实施例中通过Testlab软件计算出的发动机悬置的接附点时域下实时车内噪声总体水平及部分分量声压级水平。图中，横坐标表示的是发动机转速，纵坐标表示声压级水平，实线表示的是，各个接附点在车内的总的噪声声压级水平随着发动机转速变化的趋势图；两条虚线分别表示发动机悬置的两个接附点在某一个传递方向上的随着发动机转速变化的噪声声压级水平。
发动机激励即为加载实测的发动机的缸压数据，本实施例中，通过将实际测得的发动机气缸的缸压输入到汽车的纯刚体多体模型中，建立符合实际工况的汽车的刚柔耦合模型，并得到更加接近实际工况的发动机悬置的接附点的激励载荷。通过Testlab软件将导入的各个接附点的载荷和传递函数进行处理，得到发动机激励引起的各档位及转速下车内实时噪声声压级水平及汽车内的总体噪声水平。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种汽车车内噪声计算方法，其特征在于，所述方法包括：
分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并与各自对应的实测模态进行对标；
将对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算，并将模态计算的结果导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型；
对所述刚柔耦合模型进行时域响应分析，以获取发动机悬置的各个接附点的载荷；
获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数；
根据每个所述接附点的载荷和传递函数计算每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平；
其中，所述分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并与各自对应的实测模态进行对标的步骤包括：
分别建立汽车的车架、传动轴以及后桥的有限元模型并分别进行约束模态分析；
将每个所述有限元模型的约束模态分析的结果与对应的实测模态的结果进行比较，每个所述有限元模型的约束模态分析的结果均包括模态的频率和振型；
当当前有限元模型的约束模态分析的结果与其对应的实测模态的结果不同时，修正所述当前有限元模型；
修正所述当前有限元模型的步骤包括：
修改所述当前有限元模型的建模状态。
2.根据权利要求1所述的汽车车内噪声计算方法，其特征在于，所述将对标后的所述车架、传动轴以及后桥的柔体模型导入所述汽车的纯刚体多体模型中，以建立所述汽车的刚柔耦合模型的步骤之前还包括：
根据汽车的建模参数建立汽车的纯刚体多体模型，所述建模参数包括实际测得的发动机气缸的缸压。
3.根据权利要求1所述的汽车车内噪声计算方法，其特征在于，所述根据每个所述接附点的载荷和传递函数计算每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平的步骤包括：
将每个所述接附点的载荷和传递函数导入Testlab软件中，并运用传递路径分析模块进行计算，得到每个所述接附点到所述目标位置的噪声声压级水平。
4.根据权利要求1所述的汽车车内噪声计算方法，其特征在于，所述获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数的步骤包括：
建立所述汽车的有限元模型；
根据所述汽车的有限元模型进行车身噪声传递函数分析和振动传递函数分析，得到所述发动机悬置的各接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
5.根据权利要求1所述的汽车车内噪声计算方法，其特征在于，通过力锤法或激振法实验获取每个所述接附点到所述汽车内的目标位置的传递函数。
6.根据权利要求1所述的汽车车内噪声计算方法，其特征在于，所述传递函数包括声振噪声传递函数和振振噪声传递函数。
7.根据权利要求1所述的汽车车内噪声计算方法，其特征在于，对标后的所述车架、传动轴以及后桥的有限元模型进行模态计算结果为所述车架、传动轴和后桥在不同频率下振动位移。
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