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摘 要：一般卡车行驶的时候内部都会产生噪音，噪音过大的时候难面对司机产生不利的影响，这篇文章主要对某轻型卡车车内噪声整体偏大的问题进行分析，并制订了一个实验计划“OTPA（运行工况传递路径分析）”，实验结果显示，车内噪声的主要途径的贡献量。这对于车内噪声的最大值进行传递路径进行详细的研究和分析，得到最终结论是引起车内噪声偏大的主要传路径。
关键词：轻型卡车;车内噪声;运行工况传递路径
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）24-76-04
Analysis of Noise Transfer Path in Light Truck Vehicle
Liang Hongju
（Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd.， Light Commercial Vehicle Marketing Company，Shuailing marketing company， Anhui Hefei 230601）
Abstract： In general， when the truck is driving， noise will be generated internally. When the noise is too large， it is difficult to face the driver to have adverse effects. This article mainly analyzes the overall problem of excessive noise in a light truck. An experimental plan "OTPA（operational transmission path analysis）" was formulated. The experimental results showed that the contribution of the main ways of noise in the vehicle. In this paper， the transmission path of the maximum noise is studied and analyzed in detail， and the final conclusion is that the main transmission path that causes the noise in the car is too large.Keywords： light truck; In-vehicle noise; Transmission paths in operating conditionsCLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）24-76-04
引言
随着我国经济的快速发展和社会的快速进步，我国的汽车技术也随之发展起来，而汽车乘坐舒适性的一项重要指标就是汽车的噪声特性，现如今，我国在各大汽车厂都投入了丰富的人力、物力，为了对车辆噪声方面进行详细的研究和分析。
众所周知，轻型卡车具有一个十分复杂的系统，其在行驶过程中会受到很多外力的振动和噪声源的激励，这产生的每一种激励都有可能通过不同的路径，直接或者间接的传到车内。OTPA（运行工况传递路径分析）这个方法中存在的所有信号都来源于实际的运行工况。因此，用实际的工作状态的激励来确定传播路径的贡献量。
1 运行工况传递路径分析（OTPA）方法理论背景
任意一条线性系统的模型都可以用输入和输出自由度表征为：
H（jw）x（jw）=Y（jw） （1）
H（jw）设定为输入矢量X（jw）到输出矢量Y（jw）的传递函数矩阵。其中输入和输出的变量数目也可以不同。在实际的操作中，激励点输入的变量数往往大于响应输出的变量数。车辆NVH中经典的应用就是寻找动力及其输出系统到驾驶员旁噪声的传递函数。由（1）变形，传递函数可以表示为：
Hij=yi/x ▏xk=0;k≠j （2）
OTPA這个实验方法是从同一个时刻的所有激励中获得所有传递函数。对方程（1）进行变换可得：
对这个方程式进行定量分析，其中m和n分别代表的是输入和输出的自由度，当车辆在传输上进行加速工况测试时，包含不同的激励和响应的数据块在电脑硬盘上进行存储，激励随着时间进行变化，假如整个测试的过程中，输入和输出之间的关系是线性、恒定的。那么所有测试数据块r，方程式（3）可以变形为：
在这个方程式模型中，要求所有传递的函数彼此都要线性独立，其中 μ设定为不能通过输入量模型化的残余项。每一个数据块中都会包含着一些误差，这大部分都来源于测量的误差、模型中漏掉的某些激励源、甚至传递函数在测试过程中不能保持线性、恒定（其中：传递结构随着温度、转速、激励幅值等都会发生改变）。但是即便是激励源存在着一定程度的相干性，OTPA这个实验方法可以针对对CTC的传递函数的计算值进行相应的补偿。假设测试数据块的数量大于所有的激励数量，即r>m，方程式（4）可以通过最小乘法进行求解（如果其中出现了不同的单位物理量参与求解，需要进行加权二乘法计算），通过方程（4）可以进行简化：
XH+μ=Y （5）
需要針对每个FFT的谱线进行计算，方程式左乘XT，保证残留项矢量位于输入矩阵的零空间位置，即XT =0通过计算可以转化为：
H=（XTX）-1XTY=X+Y （6）
X+被称之为X矩阵的伪逆矩阵：
X+=（XTX）-1X （7）
其中将方程式（6）代入（5）中可得：
μ=（1- X（XT X） -1 X T）Y （8）
通过方程式（6）求解可得传递函数矩阵H的过程中，如果输入信号之间存在着想干关系或者测量噪声，必须使用奇异值分解进行消除错误计算。X可以奇异值分解为：
X=U∑VT （9）
其中U是一个rxr的酉矩阵;∑是一个rxm的对角矩阵（对角线上的值为非负，其余位置为0）;VT是V矩阵的转置矩阵，是mxm的酉矩阵。奇异值分解可以适用于方阵。然而奇异值分解可以用特征的值分解表述为：
方程式的右边是方程式左边的特征值分解。X非0奇异值的平方与XTX或者XXT非0特征值的平方相等。U（左奇异向量）的一列为XXT的特征向量，V（右奇异向量）的一列为XTX的特征向量。从物理的角度可以这样解释：V可以看作是X输入向量的正交基向量，U向量可以看作是X输出向量的正交基向量，∑为奇异值矩阵，每一个特定的输入乘以奇异值标量就可以对相应的数值进行输出。通常∑ii是一个非増型，这样奇异值对角阵由X唯一确定。
奇异值分解的方法可以用来计算伪逆矩阵X+：
X+=V∑-1UT （12）
其中∑-1设置为∑的逆矩阵，把奇异值分解中的∑矩阵省略的几行补齐构建成mXm的方阵，把方程式（12）代入到（6）中可以得到：
H=V∑-1UTY （13）
SVD近似估计需要保证残留项μ位于 U^T的0空间位置。
根据工程和统计的角度来看，很小的奇异值主要就是由测试噪声或者其他的干扰所导致的，应该予以剔除。最小二乘法拟合对奇异值同样可以使用，传递函数计算最终也是奇异值去拟合、接近实际的测试值。测量噪声在不同测试中各不相同，根据实际的实验操作可以表现为，那些最小的奇异值量就是噪声影响，剔除这些奇异值能够提高传递函数评估的精度。
Operationaltransferpath analysis（OTPA）这个方法是利用串扰消除Crosstalk cancelation（CTC）、奇异值分解 singularvaluedecom position （SVD）等信号处理方法来寻找实际工况下，输入和输出间的线性传递函数 transfer -function （TF）。CTC保证能够进行传递函数彼此之间的线性独立，以上可以用来对传递路径进行分析transferpath analysis（TPA），从而来判断声源的传播和在最终响应中所占的贡献量。奇异值分解（SVD）计算方法可以获得精准的描述传递函数的各主要的分量。实际分析中，利用多组工况数据进行计算输入和输出之间的传递函数矩阵，都会带来测量噪声。若想减小测量噪声对传递函数计算的影响，就要做到忽略一些微小的主分量。
2 运行工况传递路径分析（ OTPA ）试验
（1）运行工况
怠速：AC-on/AC-off
匀速：30km/h、40km/h、50km/h、610km/h、70km/h、80km/h、90km/h
加速：2档POT/WOT、3档POT/WO、4档POT/WOT、5档POT/WOT、6档POT/WOT
（2）实验设备仪器（如表1）
3 试验结果及分析
3.1 各档位急加速工况
在各个档位急加速的情况中，驾驶员右耳的噪声峰值随发动机的转速变化而变化，因为在实际实验时是在两区转毂台架的消音室内进行的，所以车内噪声的主要激励源是动力产生的噪音，overall曲线在不同档位的噪音峰值中的走势基本一致。车内噪声产生噪声峰值主要是在 1500r/min、2580r/ min、3000r/min左右转速内，其余转速期间产生的噪音主要岁发动机噪声的平稳而增加，比如发动机2/4阶次激励时，发动机在1500r/min 左右在驾驶员右耳位置产生的噪声峰值是其主要激励源，可以运用OTPA方法进行具体路线的确认。
3.2 5档急加速
在OTPA传递路径中以5档急加速为例进行路径分析，得出在实际测试中驾驶员耳边位置得到的噪声与OTPA计算得出的驾驶员耳边位置噪声数值高度吻合，所以利用OTPA计算参数、建模方法是合理有效的。OTPA传递路径可以通过驾驶员耳边位置的噪声计算值，进行计算值的合成值以及各个路线参与噪音的比重分析，可以的吃驾驶员在实际操作时耳边位置产生噪音峰值的主要传递路径。比如在1500r/ min、2500r/min左右的噪声峰值的主要传递结构来源于车辆结构上，其他转速范围内的主要传递路线是空气声产生的噪声峰值。
3.3 驾驶员耳旁噪声传递路径贡献量分析
3.3.1 5 档急加速1500r/m in噪声峰值，结构传递路径分析
5档急加速在 1500r/in时，产生的噪音峰值在50Hz、100Hz左右，其中50Hz主要噪音的传递路线是空滤器前方支架的z向和发动机左侧前方悬置的z向，100Hz的主要噪声传递路线是空滤器前方支架的x向和右侧前方悬置的y向。虽然50Hz的激励源存在噪音峰值，但是空滤器与发动机产生的传递函数在驾驶员耳边都没有明显的噪音峰值，所以应该着手于1500r/min发动机的坐车前方悬置以及空滤器前方支架中找出振动较大的原因并对其进行优化。100Hz噪声峰值在激励源与车内传递路径中都存在噪音峰值，这就需要在路径中的各个连接点上安装传感器，从而可以进行OTPA路径分析实验，得出详细的频响函数，找到噪声峰值的传递路线，最终使车辆的结构得到优化。
3.3.2 5 档急加速车内 170H z固有频率噪声传递路径分析
主要是对 1500r/min～3000r/min下的以驾驶员耳边产生的165～175Hz噪声为主要的研究对象在传递路径上进行分析，发现通过发动机的上面或者右面以及油底壳的近场是空气声主要的传递路径，主要结构生传递路线为空滤器安装支架的前方x、y走向、空滤器安装支架后方的z走向、排气前吊耳处的z走向、发动机左右侧前方悬置的y走向。发现不管是激励源还是激励噪音传递在车内都存在噪音的峰值，这就需要着手于优化车辆的结构，比如将传感器布置在传递路径的每个连接处，这样可以使传递路径的OTPA得到更加详细的数据进行分析实验，与此同时还可以利用力锤激励，得到频响函数，从而使模态振型更加这模式，方便寻找噪声的主要传递路线。
4 总结
轻型卡车在加速行驶时，空气声是在整个转速范围内产生噪音的主要原因，空气声在轻型卡车中传递的路径是：通过发动机离车体最近的一面底板向驾驶室内传递噪音，空气声传递过程中最主要的路径是车身左侧底板。空气声其他传递噪音的路径都需要对驾驶室的泄漏量、密封性等进行测量实验，找到驾驶室中的洞、孔、密封泄露处以及声学包的薄弱位置，这些地方空气声产生噪音的可能性较小，轻型卡车在加速行驶时，发动机震動产生的空气声是在驾驶室中噪音最大的来源。
輕型卡车在加速行驶时，转数达到1500r/min左右时，驾驶员的听到噪音声，说明驾驶员的耳边存在噪声峰值，噪声峰值的主要源头是通过发动机的阶级激励的，比如在发动机2阶激励也就是50Hz时，空气声主要是通过空滤器前方支架的z向与发发动机前方左侧悬置的z向进行传递，虽然他们的激励源是存在噪声峰值的，但是两者在发动机2阶激励时在驾驶员的耳边构成的传递函数是没有明显的噪声峰值出现的，进而分析在发动机4阶激励也就是100Hz时，车身左右侧隔离震板垫x向与进气管安装上的支架x向为50Hz的结构，空气声的主要传递路径是空滤器前方支架x向与右侧前方悬置的y向为激励源，这时激励源本身与传递的路径都存在噪声峰值，从而得出在100Hz的结构在驾驶室中，最主要的传递路径就是进气管中安装支架、车身等。
在急加速度的情况在，车内噪声主要在160-170Hz左右存在固有频率，主要噪声来源是发动机产生动力时，动力通过传动轴吊挂、动力总成悬置、排气吊耳等产生固有频率向右前、左前的车身隔离垫成z向的进气管的支架位置或者车架向驾驶室内传递。
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