整车传递路径（TPA）仿真分析流程与应用
传递路径分析（Transfer Path Analysis）可对复杂结构的振动噪声源及传递路径进行分解和排序，精准找到振动或噪声问题的根源，可应用于整车开发的整个流程中。
TPA有频域和时域两种算法,频域TPA用工作载荷的频谱乘以传递函数，得到该条路径的贡献量也是频域的；时域TPA用工作载荷的时域时间与传递函数的逆FFT做卷积，得到该条路径的贡献量也是时域的。根据激励源是完全相关还是部分相关，可以分为单参考TPA和多参考TPA，根据使用的数据类型，分为传统TPA或OPA/OTPA等。
TPA分析其实就是从“源-路径-接受者”这三者进行识别和分析，常见的源有如路面、发动机或电机、冷却风扇等等，路径主要包括结构和声学路径，接受者主要是人的听觉和触觉（噪声和振动等）。
一、整车传递路径分析相关基础
当汽车行驶在粗糙沥青路面时，路噪问题是顾客最容易关注到的，如在某一频率下感觉到明显的轰鸣，直接影响乘客的感受。汽车路噪声是指在汽车行驶过程中，由于轮胎与路面之间不断的碰撞和摩擦等相互作用，对车内产生振动或噪声。从产生机理来看，一般分为结构噪声和空气噪声。
结构噪声是指路面激励通过轮胎、底盘悬架和车身结构在车内形成的中低频噪声。空气噪声是指轮胎与路面之间相互作用产生的噪声通过空气传入车内的中高频噪声。从频率特性来看，路噪分为低频路噪、中频路噪及高频路噪。
低频路噪一般频率为20~300Hz，主要是结构声传递，这是较常用的结构分析频率段。
中频路噪一般频率为300~500Hz，主要是结构声和空气声传递。
高频路噪一般频率为400~8000Hz，主要是空气声传递。
空气声与结构声的区别在于传递路径的不同，空气声是指声源发出的声音直接向外辐射，在空气中进行传播，最后到达接受者的位置。结构声是指激励源激励结构振动，通过结构振动引起车内的结构振动或噪声。
在“源-路径-接受者”的模型中，如发动机或冷却风扇等激励源是通过悬置、衬套与车身相连接，因此，整个模型系统可分解成两部分：包含所有激励源的主动子系统和包含传递路径与接受者的被动子系统。
我们一般将与悬置或衬套的连接的车身等被动系统定义为一个独立的控制体，称为传递路径分析的被动侧，即一般是内饰车身模型；这些路径一般是悬置或衬套等软连接点，也可以是螺栓等硬连接点；只是若需要考虑螺栓等硬连接的传递路径，首先需要将螺栓转换成刚度较大的衬套等软连接，再在定义控制体的时候加上这些转换的硬连接点。
而一般将与悬置或衬套连接的发动机或冷却风扇等激励源侧称为TPA分析的主动系统。主动系统与被动系统通过悬置或衬套连接，振动或噪声通过悬置或衬套的衰减传递给车身等被动侧，进而传递给车内，表现为车内的振动和噪声。
对于汽车而言，空气声声源主要有发动机、变速器辐射的噪声，发动机连接的附件辐射的噪声，例如风扇，进排气噪声，路噪和风噪等。空气声穿透车身吸隔声材料到达车内，或通过空洞和缝隙到达车内，进而引起车内的振动或噪声。
结构声的主要激励源有动力传动系统或路面激励等，结构声主要通过发动机悬置或其他软连接件，通过前围连接的管路，传动轴或排气系统吊耳等到达车内。如车身局部板结构被激励，会对车内辐射噪声，会与声腔模态耦合共振，进而导致车内噪声出现明显的峰值。
传递路径分析可以通过试验进行，也可以通过仿真进行。TPA分析通常需要获得两类数据分别是传递函数和载荷。载荷可以通过实际测试获得，一般是间接获取比较普通。如路噪载荷，可以通过测得转向节加速度进行求逆得到轮心载荷，也可以考虑轮胎模型添加实际路谱进行仿真。TPA分析中的载荷识别方法包括直接测量、悬置动刚度法、逆矩阵法、单路径求逆法以及派生方法等。
这些传递函数可能是力振传函VTF，也可能是力声传函NTF或者声声传函P/P，也可能是它们的组合。力振传函数通常使用力锤或激振器进行激励，测量振动响应。而力声传函通常使用力锤或激振器激励，测量声压响应。声声传函一般通过体积声源激励，测量声压响应。
通过实际载荷（如发动机载荷、路面载荷或冷却风扇载荷等）与传递函数进行传递路径分析，可以得到所关注的峰值频率是路径的问题，是激励源的问题，还是二者都有问题；TPA分析可以进行贡献量分析，可以快速找出路径的贡献、接附点力的贡献还是接附点刚度的贡献，同时可以验证隔振垫的刚度是否合适，或需要进一步优化等。
二、TPA分析基本理论
TPA分析一般用于整车级分析，如整车路噪或加速噪声等，通过传递路径分析可以找出对响应关注频率较大的路径或响应面。主要是从整车的角度进行考察，即激励通过各条可能的路径传递给车内，包括结构声以及空气声。在中低频率下，主要以结构声为主；在高频率，如1000Hz以上，主要以空气声传递为主，本文主要从结构声的传递路径进行分析。
TPA的分析最基本的思路为：
源（Source）——路径（Path）——响应（Receiver）
图1 整车传递路径分析模型
式中：其中
为在某一位置的声学或结构响应；
为路径i的声学或结构传递函数；
为来自路径i的连接点的传递力和力矩，这样整车两步法传递路径计算优化问题被转换为一步法计算问题，极大的简化了计算设置的流程以及提高了计算的效率等。
三、TPA仿真分析一般流程设置
1、TPA仿真分析通常有两种方法，一种是一步法TPA，首先需要计算可能的关键接附点的作用力，这个接附点定义需要熟悉整车结构以及工作原理，不能遗漏可能的路径，即下图中的point mobility；其次，计算定义的所有关键接附点的传递函数，包括噪声传递函数和振动传递函数等；然后通过这些接附点的力和计算的传递函数进行TPA计算。
图2 Control Volume模型
图3 整车装配模型
2、第二种是一步法TPA，该方法将接附点的力和传递函数集成在一个文件中，即通过这一个文件进行整车TPA计算。一步法TPA分析方便快捷，省去了单独求解传递函数的过程，极大的方便了分析工程人员。
表1 一步法关键字定义
关键字说明：
（1）PFPATH为传递路径关键字名称
（2）SID为PFPATH的代号
（3）CONPT为定义的可能的传递路径接附点SET，为被动侧点；
（4）RID为响应点ID，可为振动或噪声，一般为噪声点，即GRIDC；
（5）RTYPE为响应类型，可为位移、速度或加速度；
（6）CONEL为接附点弹性连接单元，如衬套cbush单元；
（7）CONREL为接附点刚性连接单元，如球铰rbe2单元，非必选；
（8）CONVOL主要用于定义control volume，最新版本有这个定义，老版本没有，可采用默认。设置control volume 可以将整车模型从接附点进行分离，将计算control volume 与外界接附点的载荷，及分离结构内部接附点到相应点的传递函数，如图20.3所示的虚线框。
（1）CONPT定义，CONPT为定义的可能的传递路径接附点SET，为被动侧点，如下所示。
图4 被动侧接附点定义
（2）RID定义为响应点ID，可为振动或噪声。
图5 响应点定义
（3）CONEL接附点弹性连接单元，将所有可能的路径点弹性单元选取；
图6 弹性单元定义
3、求解工况及参数设置
如已知发动机垂向激励载荷，利用TPA进行贡献量分析，并分析其27Hz时的响应峰值原因。
图7 传递路径关键字定义
4、TPA分析结果处理
（1）TPA分析后处理，首先在Hyperview中打开NVH专用模块，打开Transfer Path Analysis，导入TPA分析结果文件，如下所示。
图8 TPA模型导入
（2）TPA分析结果如下所示，其中蓝色线为各条路径叠加计算的总响应，红色线为直接求解得到的响应，一般两条曲线基本重合。
图9 TPA工况结果分析
（3）TPA分析结果中，包括路径贡献、传递函数、接附点作用力以及接附点的刚度等，如下图所示。
图10 TPA 频率响应分析
（4）如需要考察在27Hz时的TPA分析结果。通过查看其路径贡献可以看出，1017767 Z向和1017766 Z向为主要贡献路径，若将1017767 Z向贡献去除50%，在27Hz峰值下降明显，约2-3dB。如下所示。
图11 TPA贡献量分析
图12 TPA贡献量分析结果
三、TPA实际应用
1、某型车在研发阶段，后排乘客在55Hz粗糙路面出现轰鸣。首先建模整车模型，定义相关参数，进行整车路噪分析，找到主要贡献工况和区域，如下图所示。
图13 整车路噪分析模型
图14 整车路噪分析结果
2、根据TPA分析结果以及各系统模态结果，发现声腔模态52.5Hz与背门模态53.3Hz接近，易共振耦合，需要进行模态避频，即需对背门结构进行优化。
3、经实车路试验证，整车噪声优化方案降低2-3dB(A)，效果明显，通过实车主观评价及客观测试评价，整体状态满足要求。
图15 整车路噪优化结果
