Page 30 - 《应用声学》2022年第3期
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由于在现有国内外文献中，学者们在TPA方法
0 引言 前期理论研究验证阶段通常使用的为简单的台架
模型，搭建的传递路径极为简单，使用的激励信号
在发动机工作过程中，气缸内可燃气体燃烧形
也多为常见白噪声信号，因此本文面向 TPA理论研
成气体压力动载荷，使燃烧室壁面受到激励并传递
究设计一套实验系统。实验系统中的台架装置作为
到缸体结构表面，引起发动机振动与噪声响应 [1−2] 。
TPA方法研究的实验载体，包括简化的车身模型与
由于发动机通过悬置系统直接与车身相连，发动机
简化的发动机模型，发动机模型通过真实车辆上拆
产生的激励经悬置传递到副车架、车身，最终会造
卸的悬置安装于车身模型中，台架装置在保留发动
成驾驶室内的噪声问题。
机激励特征的情况下最大程度简化机体结构。整个
为了提高乘车的舒适性，有效合理地降低车内
实验系统将 NI公司的 Compact RIO 平台作为控制
噪声，工程师常采用传递路径分析 (Transfer path
核心，以激振器为作动器，以缸压信号和机体振动信
analysis, TPA) 方法对发动机的各传递路径贡献量
号为激励信号对机体加载，模拟发动机运行时的激
进行定量分析，排查主要路径从而进行针对性的
励源特征。在台架装置上进行信号采集实验，对通
优化整改。通常，发动机传播的噪声可分为结构
过悬置结构传递的振动与噪声信号进行评价，验证
传播噪声与空气传播噪声两种类型，而在工程中
实验系统的有效性。
常关注结构噪声。经典 TPA 允许用悬置被动端连
接界面的载荷来表征激励源，将激励源从结构传 1 系统设计
递特性中分离出来，但其要求在传递函数测量过
1.1 实验系统的构成
程中移除激励源，即需要将发动机从整车结构中
拆除 [3] 。在实际工程应用中，为了避免进行复杂的 本文设计的实验系统由控制系统、台架装置和
拆装工作，学者们研究出了多种以经典 TPA 为基 传感系统组成，如图 1 所示。台架装置包括简化车
身模型与简化发动机模型，两者通过真实车辆的发
础的分析方法，如工况传递路径分析 (Operational
transfer path analysis, OTPA)、扩展工况传递路径 动机悬置连接。车身模型参考真实车辆结构分为驾
驶舱与发动机舱，整体通过铝型材连接而成，驾驶舱
分析 (Operation path analysis with exogenous in-
中设有座椅作为 TPA实验的目标响应位置，发动机
puts, OPAX)等 [4−7] 。但上述方法适用频率范围有
舱用于放置简化发动机模型，如图 2 所示。整个台
限，并对于各路径的贡献量分析可能会产生误导 [8] 。
架装置坐标系定义为车尾指向车头为 x 正向，车头
为了进行工作量和准确性之间的折衷，学者们仍需
右侧指向左侧为y 正向，垂直向上为z 正向。
以经典TPA方法作为评价基准，以寻求更简便精准
的TPA 方法。 ԼᜉᎶ
发动机作为整车一大重要激励源，体积庞大且 ҄ጇፒ
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质量较大，在 TPA 理论实验研究中不便进行拆装， ২Ꮆ
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为简化操作，有必要设计一种简化的激励源模型作
为研究性实验的分析对象，既要保留发动机作为激 ᢼᢶ
励源的主要激励特征，又需减少拆装过程工作量。
目前作为研究性实验的发动机多为仿真模型，在有
限元分析过程中通常将发动机缸压信号作为激励 图 1 实验系统示意图
Fig. 1 Scheme of test system
信号施加 [9−13] 。由于激振器可激振实验子结构引
起相应的结构噪声响应 [14] ，而目前国内研究中没 简化发动机模型的机体如图 3 所示，机体由
有针对发动机设计专门的激振及信号测量实验系 10 mm 厚度铝板拼接而成，为了减轻重量、节约材
统，因此将缸压信号作为激振器的主要激励特征对 料，机体内部为空心。由于发动机机体需要通过
于实现发动机运行过程的结构噪声模拟有着重要 悬置安装于车身模型中，为了便于连接真实车辆
指示。 上拆卸的发动机悬置，设计对应结构的吊耳。在
