112
中
国 公
路
学
报
E 1 / n1 E 2 / n2 s E N / nN = P1 in P2 in s P N in
2010 年
0
引
言
目前, 车外噪声主要有理论计算方法 ( 点声源分 [ 1] [2 - 3] [4 - 5] 析方法 、 声全息技术 等) 和试验方法 。点声 源分析方法是将整车拆分成动 力总成机体辐射 噪 声、 发动机冷却风扇辐射噪声、 进气口辐射噪声、 排 气尾管辐射噪声、 轮胎辐射噪声, 将这些噪声源均看 成点声源, 从而计算车外辐射噪声 ; 声全息技术是用 传声器阵列对车外近声场进行测试 , 根据声场变换 原理对远场噪声进行预测; 中国车外噪声试验主要 是根据5 汽车加速行驶车外噪声限值及 测量方法6 ( GB 1495 ) 2002) , 对车外噪声进行测试 , 这是对理 论计算方法进行有效性验证的试验方法, 也是目前 中国各大汽车生产厂商对车型进行车外动态加速噪 声检测而广泛采用的一种方法。然而, 这些车外噪 声计算及试验方法均建立在整车试验的基础上 , 只 有在产品样车生产出来之后才能进行, 并不能满足 在产品开发设计阶段对车外噪声进行预测的要求 , 而且会延长产品的开发周期, 增加产品的开发成本。 统计能量分析( SEA) 方法是一种适用于中高频 噪声分析和预测的方法 , 它从统计的意义出发 , 运用能量的观点可以成功地解决复杂系统宽带高频 动力学问题 , 并被广泛应用于汽车中高频噪声预测。 目前 , SEA 方法在汽车工程领域, 主要应用 于车内 噪声预测 , 中国目前采用半无限流体及车外噪声 SEA 与 预测 方 面的 应用 尚 不多 见。本文 中 采 用 SEA 方法和半无限流体方法对车外噪声预 测能够 弥补以上方法的不足, 实现在产品研发阶段对车外 噪声进行分析预测与评价 , 并用于指导产品设计, 对 于降低产品的开发成本、 缩短产品的开发周期、 提高 产品在市场上的竞争力具有重要的意义。
[ 11]
图3 Fig. 3
结构子系统的模态密度
Modal Densities of Structure Subsystems
动声辐射阻尼形成的损耗因子, 以及结构子系统边 界连接阻尼构成的损耗因子 3 种彼此独立的阻尼机 理构成的。 通过理论计算得到各个简单子系统的内损耗因 子 , 通过稳态能量流方法对复杂结构子系统 ) ) ) 左 前门、 左后门、 左前翼子板等子系统进行了测试。稳 态能量流方法的试验原理如图 4 所示 , 其中测得的 左前门和左前翼子板的内损耗因子如图 5 所示。
Abstract: T he po w er balance equat ion in str uct ure subsystems w as dem onst rat ed. Basic assumpt io ns of semi infinite fluid m et hod w ere int roduced. T he predict ion model o f car ex t er io r noise w as built by using st at ist ical energ y analy sis ( SEA) and semi inf init e f luid met ho d. Using finit e element met hod, st eady - st at e energ y f low met hod and t heor et ical comput at io n, the modal densities, damping loss fact or s and coupling loss fact or s of t he subsyst em s of car SEA model w ere acquired. T he excitat ions o f t he car SEA m odel w er e go t by exper im ent and comput at ional f luid dynamics met ho d. T he car ex terior no ise w as predict ed by t he SEA model w ith ex cit ations, meanw hile, t he predict ion r esult was compar ed w it h experiment r esult. Result s show t hat the reliable predict ion result can be acquired and t he m odeling st eps can also be sim plif ied by using SEA and semi inf init e fluid met hod. H o wever, t he demand of t he car ex t er io r no ise prediction can also be satisfied in pro duct dev elo pm ent stag e. Key words: aut omot ive eng ineering ; car ex t erio r noise; stat ist ical energ y analysis; semi inf init e fluid; modal densit y; dam ping loss f act or; coupling loss f act or
i X2
E G )n
2i
2
,
- G 2N n 2 s
#
s - G N2 nN , (G N+
iXN
EG
N
Ni ) n N
第2期
陈书明, 等 : 基于统计能量分析和半无限流体方法的轿车车外噪声预测
113
即在距离子系统较远处能量以球面波的形式进行辐 射, 其中 A far 为 r 较大时能量传播截面面积。 如果响应点距离子系统既不近也不远, 而是一 个/ 中间0距离, 则能量沿着如下截面进行流动 A medium = 4 ar ( 8)
Car Exterior Noise Prediction Based on Statistical Energy Analysis and Semi infinite Fluid Method
CH EN Shu - m ing , WAN G Deng - f eng , L IU Bo , Z AN Jian - m ing , ZH A O Xue - mei
第 23 卷 第 2 期 2010 年 3 月
文章编号 : 1001 -7372( 2010) 02 -0111 - 05
中
国
公 路
学
报
China Journal of H ig hw ay and T ransport
Vol. 23 N o. 2 M ar. 2010
基于统计能量分析和半无限流体方法的 轿车车外噪声预测
收稿日期 : 2009 - 06 -03 基金项目 : 国家高技术研究发展计划 ( / 八六三0 计划 ) 项目 ( 2006A A 110102 - 3) ; 吉林省科技发展计划重点项目 ( 20040332 - 1) 作者简介 : 陈书明 ( 1980 - ) , 男, 河北南皮人 , 工学博士研究生 , E - mail : shum ingch en@ yahoo. cn。
陈书明1 , 王登峰1 , 刘 波2 , 昝建明2 , 赵雪梅1
130025; 2. 长安汽车工程研究院 , 重 庆 401120) ( 1. 吉林大学 汽车动态模拟国家重点实 验室 , 吉林 长春
摘要: 阐述了结构各子系统间的功率平衡方程 , 介绍了半无限流体方法的基本假设 , 利用统计能量 分析( SEA) 及半无限流体方法 , 建立了轿车车外噪声预测模型; 通过有限元方法、 稳态能量流方法 和理论计算方法 , 分别确定了轿车 SEA 模型子系统的模态密度、 内损耗因子和耦合损耗因子; 通过 试验和计算流体动力学方法确定了轿车 SEA 模型的激励; 对施加激励后的模型进行了车外噪声分 析预测 , 并将预测结果与试验结果进行了对比 。 结果表明: 采用 SEA 和半无限流体方法对车外噪 声预测 , 不仅可以得到可靠的预测结果, 简化建模步骤 , 而且能够满足工程上汽车产品在开发设计 阶段对车外噪声预测的要求。 关键词 : 汽车工程; 车外噪声; 统计能量分析; 半无限流体; 模态密度; 内损耗因子 ; 耦合损耗因子 中图分类号 : U 467. 493 文献标志码: A
2
1
功率流平衡方程
SEA 方法的主要理论是功率流平衡方程, 通过 功率流平衡方程可以解决各子系统间的能量流动关 系, N 个子系统的功率平衡关系为
1+ (G [ 10 ] N
( 4)
iX1
E G )n
1i
1
12 n1 - G N
,
1N n 1 - G
X
- G 21 n2 s - G N 1 nN
(G 2+
2
( 2) ( 3)
式中: M 为子系统的质量; 3v 2 4为空间振动速度均 方值; 3p 24为空间声压均方值 ; Z o 为空气的声阻抗 率。通过式( 2) 、 ( 3) 可以计算出各个子系统的振动 速度声预测模型
半无限流体原理
半无限流体常用来描述声音在无边界空间内辐 射。半无限流体内声波不仅可以传播 , 而且可以定 义辐射损耗因子, 用以描述连接子系统的能量传递 率 , 也可以将辐射功率转化成后处理结果。能量向 半无限流体辐射时作如下假设: ( 1 ) 每个子系统向半无限流体辐射功率时, 可向 半空间辐射, 一般情况下, 可以忽略辐射损耗。 ( 2 ) 每个子系统的振动场相互无关, 以计算各个 子系统向半无限流体辐射的总功率。 ( 3 ) 从子系统连接点到半无限流体中响应点之 间的距离为 r, 通过距离 r 产生一个截面, 子系统通 过这个截面向半无限流体辐射能量, 这个截面通过 如下方式进行定义 : 如果响应点距离子系统较近 , 即 Pr < m in{ a, b} 则能量沿着如下截面进行流动 A clos e = 4ab/ P ( 5) 即在子系统附近能量以平面波的形式进行辐射。其 中 , a 为子系统的有效宽度; b 为子系统的有效长度; r 为子系统连接点到半无限流体中响应点之间的距 离 ; A close 为 r 较小时能量传播截面面积。 如果响应点距离子系统较远 , 即 Pr > m in{ a, b} ( 6) ( 7) 则能量沿着如下截面进行流动 A far = 4 P r