CN113656934B - 一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法。S1、测量原型车声源声功率及声学传递函数数据，建立传递路径分析模型并基于传递路径分析理论计算车内空气噪声；S2、建立空气噪声目标分解优化模型，以各路径声学传递函数为设计变量，车内空气噪声目标为约束条件，根据实际需求自定义目标函数，采用多岛遗传算法算法进行自动寻优，获取最佳的声学传递函数方案。本发明有益效果：本方法在汽车车内空气噪声目标分解领域内首次应用了传递路径分析和自动寻优理论，免去了传统经验开发过程中的大量试验，节约了整车的开发时间和生产成本，同时利用优化算法可以寻到传递路径最优解，不会出现因子系统性能分配不合理造成的性能浪费现象。

Description

一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法

技术领域

本发明属于汽车NVH性能开发领域，尤其是涉及一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法。

背景技术

随着智能化技术的发展，汽车越来越成为人们的日常生活空间，汽车NVH性能也就显得越来越重要。汽车NVH性能可以根据频率进行划分，在100Hz以下，影响人们感受的主要是振动问题，在400Hz以下，结构振动引起的结构噪声占据优势，而在400Hz以上，通过空气进行传递的空气噪声是车内噪声的主要组成部分。因此，对车内空气噪声进行有效控制，对于整车NVH性能开发具有关键意义。

汽车空气噪声控制首先需要进行目标分解，即将整车噪声目标分解至对空气噪声具有重大影响的关键路径上。传统的空气噪声目标分解工作主要依靠对标方法进行，即通过对标车试验来实现目标分解。对标方法虽然在一定意义上来讲已具备车内噪声分解能力，但存在成本高、精度低、工作量大、性能浪费等一系列问题。

传递路径分析是车内空气噪声控制的重要手段，但需要完整的声源激励和传递函数数据，在整车开发初期，无法得到声源激励和传递函数完整数据，很明显传统的传递路径分析方法无法直接用于实现车内空气噪声的目标分解。

因此，提出一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法，可以便捷、高效、准确的进行车内空气噪声目标分解，具有十分重要的工程意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法，应用空气噪声传递路径分析理论，将声源、传递路径和车内噪声三者分离，提出了基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法，在车内空气噪声目标分解领域内首次应用传递路径分析理论。该方法可以有效的对车内空气噪声进行目标分解。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法，S1、测量的原型车声源声功率及声学传递函数数据，建立空气噪声传递路径分析模型，从而进行汽车空气噪声传递路径分析，获取车内空气噪声声压级，所述声源设置不少于一个；

S2、定义开发车型声学传递函数为设计变量，开发车型车内空气噪声目标和声学传递函数变化范围为约束条件；

S3、根据实际工程需求定义目标函数：若要求开发车型相对于原型车改动最小，则定义声学传递函数变化量为目标函数，若要求车内空气噪声最低，则定义车内空气噪声声压级为目标函数，若要求零部件成本最低，则定义成本为目标函数；

S4、根据步骤S2、S3中定义的设计变量、约束条件和目标函数，建立空气噪声目标分解优化模型，采用多岛遗传算法调用优化模型，实现自动寻优；

S5、根据自动寻优结果，确定最优的各路径声学传递函数方案，实现空气噪声的目标分解。

进一步的，步骤S1中，空气噪声传递路径模型的适用频率范围为400～8000Hz。

进一步的，步骤S1中，空气噪声传递路径模型包括多条路径，对于第j条路径，声源声功率级SWL_j、声学传递函数ATF_j以及单条路径引起的车内空气噪声声压级贡献SPL_j之间的关系可以表示为：

SPL_j＝SWL_j-(84.5-ATF_j)

进一步的，步骤S1中，空气噪声传递路径模型中总的车内空气噪声声压P_all和各路径噪声声压贡献P_j之间的关系可以表示为：

其中n表示传递路径数。

进一步的，步骤S2中，设置的开发车型车内空气噪声目标约束条件为SPL_all≤SPL_obj，其中，SPL_all为目标分解完成后的车内空气噪声声压级曲线，SPL_obj为车内空气噪声目标声压级曲线。

进一步的，步骤S2中，设置的声学传递函数变化范围约束条件可以表示为：

|ATF_ij-ATF0_ij|≤LM_j i＝1,2...n j＝1,2...m

其中，ATF_ij为输出的传递函数矩阵，ATF0_ij为输入的传递函数矩阵，i表示每个频率下对应的传递函数，j表示传递路径数，LM_j为第j条传递函数变化范围约束值。

进一步的，步骤S3中，若定义声学传递函数变化量为目标函数，则目标函数可以表示为：

其中，ATF_ij为输出的传递函数矩阵，ATF0_ij为输入的传递函数矩阵，m表示频率数，n表示传递路径数。

进一步的，步骤S3中，若定义车内空气噪声声压级为目标函数，则目标函数可以表示为：

其中，SPL_all为目标分解完成后的车内空气噪声声压级曲线，SPL_ij为单路径单频率下的空气噪声贡献，m表示频率数，n表示传递路径数。

进一步的，步骤S3中，若定义零部件成本为目标函数，则目标函数可以表示为：

其中，F_cost为ATF与成本的关系函数，ATF_ij为单路径单频率下的声学传递函数，m表示频率数，n表示传递路径数。

相对于现有技术，本发明所述的一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法具有以下有益效果：

1、本方法在汽车车内空气噪声目标分解领域内首次应用了传递路径分析和自动寻优理论，免去了传统经验开发过程中的大量试验，只需测试声源声功率，设定初始声传递函数，即可完成目标分解，节约了整车的开发时间和生产成本；

2、本方法克服了对标过程中由于不同车型对子系统性能要求有所差异造成的精度不足，可以根据整车性能直接进行目标优化分解，分解精度较高；

3、本方法利用优化算法可以寻找到传递路径最优解，不会出现因子系统性能分配不合理造成的性能浪费现象；

4、本方法建立了完整的车内空气噪声的目标分解流程，兼顾了分解精度和分解效率，在科学和工程上都具有重要价值。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法原理图；

图2为样车声源声功率测试结果图；

图3为样车声学传递函数测试结果图；

图4为样车车内空气噪声传递路径模型精度验证图；

图5为车内空气噪声预测软件界面图；

图6为车内空气噪声目标分解软件界面图；

图7为车内空气噪声目标分解结果图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

申请人根据具体的车型开发过程给出本发明的一个实施例，研究对象为一前置前驱轿车，采用四缸涡轮增压发动机，最大功率188马力，峰值扭振275牛米。

第一步：对原型车进行声源声功率和声学传递函数数据测试，声源声功率测试结果如图2所示，声学传递函数测试结果如图3所示。

第二步：基于空气噪声传递路径分析理论，整理声源声功率、声传递函数和车内噪声三者分贝关系，如下式：

SPL＝SWL-(84.5-ATF) (1)

其中，SPL为车内空气噪声响应声压级曲线，SWL为声源声功率级曲线，声传递函数，每一条曲线包含数据数为n，用矩阵形式表示为

SPL＝[SPL₁ … SPL_n]^T (2)

SWL＝[SWL₁ … SWL_n]^T (3)

ATF＝[ATF₁ … ATF_n]^T (4)

根据上述公式，建立车内空气噪声预测系统，将声源声功率测试数据和对标后的传递函数数据以文件的形式输入到车内空气噪声预测系统中，计算输出车内空气噪声预测数据文件，并且将预测结果与某商用仿真软件进行对比，如附图4所示，此操作以对标的声传递函数为预设输入来验证预测系统的准确性。

第三步：为方便用户实际预测操作，编写相应的软件(如附图5)，软件中共设置5条集中声源传递路径，传递路径和声源对应关系如表1所示。根据用户需要可设定0-5条传递函数变化值，通过不断改变预设传递函数或调整传递函数变化值，反复预测车内空气噪声，直到找到理想的车内空气噪声，即可输出预测结果文件。

第四步：基于传递路径分析理论，建立车内空气噪声优化模型。该模型以样车80kmh工况下的车内空气噪声预测结果为输入依据，共包含五个集中声源分别为发动机和四个车轮，以各声源在400-8000Hz频率下对应的声传递函数ATF矩阵为设计变量，共14行5列，对声传递函数进行合理优化分解。

第五步：根据用户实际需要，设置车内空气噪声目标值数据，依据样车80kmh工况下的车内空气噪声预测结果，将车内空气噪声目标设置为整体曲线小于预测结果2dB,由此建立车内空气噪声目标约束不等式方程

SPL_all≤SPL_obj (5)

第六步：为确保传递路径分解结果工程水平能达到，不会出现过低情况，也为了减少遗传算法迭代次数，节省优化时间，需约束传递路径的变化范围，根据实际情况制定各路径传递函数变化范围为3dB,由此建立声传递函数变化范围约束不等式方程

|ATF_ij-ATF0_ij|≤3i＝1,2...14j＝1,2...5 (6)

第七步：为保证实际各传递路径变化趋势不产生太大波动，应使初始传递路径设计变动量最少，即目标函数应设置为声传递函数分解前后总体变化量之和达到最小。则有：

第八步：编写车内空气噪声目标分解软件(如附图6)，将声源声功率文件和传递路径预设文件直接输入，根据车内空气噪声预测结果合理车内空气噪声目标将声源声功率文件和传递路径预设文件直接输入，根据车内空气噪声预测结果合理车内空气噪声目标，在界面上选择需要优化路径并设定ATF变化范围，就可进行车内空气噪声目标分解相关工作。该软件包含三个模块，分别为车内噪声计算模块(模块1)、单工况车内空气噪声目标分解模块(模块2)和全工况车内空气噪声目标分解模块(模块3)，各模块功能如表2所示。以样车80kmh工况为例，按照以上操作，输出传递函数分解结果如附图7所示。重复以上操作，可输出所有工况下的车内空气噪声目标分解文件，点击“请输出ATF优化结果”，选中所有工况结果文件，可完成全工况的车内空气噪声目标分解。

表1路径对应关系

表2软件模块功能

本发明的实施例不限于在此描述的实施例。在本发明的范围内的各种其他实施例是可行的。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于传递路径分析理论的车内空气噪声目标分解方法，其特征在于：

S1、测量的原型车声源声功率及声学传递函数数据，建立空气噪声传递路径分析模型，从而进行汽车空气噪声传递路径分析，获取车内空气噪声声压级，所述声源设置不少于一个；

S2、定义开发车型声学传递函数为设计变量，开发车型车内空气噪声目标和声学传递函数变化范围为约束条件；

S3、根据实际工程需求定义目标函数：若要求开发车型相对于原型车改动最小，则定义声学传递函数变化量为目标函数，若要求车内空气噪声最低，则定义车内空气噪声声压级为目标函数，若要求零部件成本最低，则定义成本为目标函数；

S4、根据步骤S2、S3中定义的设计变量、约束条件和目标函数，建立空气噪声目标分解优化模型，采用多岛遗传算法调用优化模型，实现自动寻优；

S5、根据自动寻优结果，确定最优的各路径声学传递函数方案，实现空气噪声的目标分解；

步骤S1中，空气噪声传递路径模型的适用频率范围为400～8000Hz；

步骤S1中，空气噪声传递路径模型包括多条路径，对于第j条路径，声源声功率级SWL_j、声学传递函数ATF_j以及单条路径引起的车内空气噪声声压级贡献SPL_j之间的关系可以表示为：

SPL_j＝SWL_j-(84.5-ATF_j)；

步骤S1中，空气噪声传递路径模型中总的车内空气噪声声压P_all和各路径噪声声压贡献P_j之间的关系可以表示为：

其中n表示传递路径数；

步骤S2中，设置的开发车型车内空气噪声目标约束条件为SPL_all≤SPL_obj，其中，SPL_all为目标分解完成后的车内空气噪声声压级曲线，SPL_obj为车内空气噪声目标声压级曲线；

步骤S2中，设置的声学传递函数变化范围约束条件可以表示为：

|ATF_ij-ATF0_ij|≤LM _j i＝1,2...n j＝1,2...m

其中，ATF_ij为输出的传递函数矩阵，ATF0_ij为输入的传递函数矩阵，i表示每个频率下对应的传递函数，j表示传递路径数，LM_j为第j条传递函数变化范围约束值；

步骤S3中，若定义声学传递函数变化量为目标函数，则目标函数可以表示为：

其中，ATF_ij为输出的传递函数矩阵，ATF0_ij为输入的传递函数矩阵，m表示频率数，n表示传递路径数；

步骤S3中，若定义车内空气噪声声压级为目标函数，则目标函数可以表示为：

其中，SPL_all为目标分解完成后的车内空气噪声声压级曲线，SPL_ij为单路径单频率下的空气噪声贡献，m表示频率数，n表示传递路径数；

步骤S3中，若定义零部件成本为目标函数，则目标函数可以表示为：

其中，F_cost为ATF与成本的关系函数，ATF_ij为单路径单频率下的声学传递函数，m表示频率数，n表示传递路径数。