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汉航（北京）科技有限公司

  

  • 解决方案

汉航NTS.LAB传递路径分析 (TPA) 软件模块介绍

关键词：传递路径分析 TPA 载荷识别 
所属领域：
其它产品
适用行业：
机械设备制造业航空航天家用电器汽车整车/零部件

方案介绍

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在噪声、振动与声振粗糙度（NVH）工程领域，传递路径分析（TPA）是定位振动噪声源头、量化路径贡献的核心技术。传递路径分析可量化各种振动与噪声源及其传播路径，发现振动与噪声问题贡献量最大的来源。根据TPA指示的问题关键路径点，使得优化系统的NVH性能变得有的放矢。

汉航NTS.LAB TPA软件模块基于成熟理论模型，结合坚实的工程落地能力，为多行业提供从“问题诊断”到“优化指导”的全流程解决方案。

一、理论基础：TPA的核心原理与数学模型

TPA的本质是通过“激励—传递—响应”的物理关系，拆解复杂系统中振动噪声的传播路径，其理论核心围绕“噪声源—载荷”与“传递函数”展开，关键数学模型如下：
图1 TPA核心物理模型

1.1核心物理逻辑

任何振动噪声问题都遵循“响应（接收者）=载荷（振动/噪声源）×传递函数”的基本关系：
  • 载荷（振动/噪声源）：系统内产生振动噪声的源头（如发动机燃烧力、轮胎接地冲击力、风机旋转的气流空气声）等；
  • 传递函数：描述激励从“源头”到“接收点”的传递特性（如力传递、声辐射传递），反映结构或介质对振动噪声的传递特性；
  • 响应（接收者）：接收点的最终振动或噪声表现（如车身加速度、车内声压）。

1.2 关键计算公式

汉航NTS.LAB传递路径分析模块可解决结构声TPA和空气声TPA两类传递路径分析问题，软件模块已封装核心计算逻辑，计算方法包经典的直接法、悬置刚度法、单路径分析法、逆矩阵法、工况TPA和高阶分析方法—组件TPA。下面以逆矩阵法介绍结构声TPA和空气声TPA两类计算模型以及最新研发的组件TPA分析方法。
（1）结构声TPA（逆矩阵法）
针对固体结构传递的振动（如发动机通过悬置传至车身），通过测量响应与传递函数反求等效激励，再计算路径贡献。


图2 TPA结构声传播模型
A. 传递函数定义：

上式中Xi(ω)为接收点响应， Fj(ω)为激励力，ω为角频率。
B. 等效激励求解

上式通过伪逆矩阵处理多路径数据。
C. 路径贡献量化
单路径贡献量：

贡献量占比：

（2）空气声TPA（体积加速度法）
针对空气传播的噪声（如风噪、发动机表面辐射声），以“体积加速度”描述声源辐射强度。


图3 TPA空气声传播模型
传递函数定义：

上式中P(ω)为接收点声压，Qq(ω)为声源体积加速度，路径贡献计算逻辑同结构声，仅将“力激励”替换为“体积加速度激励”即可。
（3）部件TPA（CTPA方法）
  •  基于部件的TPA技术（Component-based TPA）可以获取独立的激励源载荷，此载荷独立于被动端结构，代表着激励源自身的载荷属性。基于激励源的自身载荷特性—等效力，将其虚拟装配至不同的被动端结构上，快速完成激励源搭配不同载体（如车身、整机等）的响应点预测，从而在产品开发阶段完成相关NVH性能的优化。
  • CTPA的最大特点在于载荷求解方式不同。经典TPA通过传递函数直接求解3点处的接触载荷fc，存在两个弊端：1）测试时主动端和被动端必须实物连接（因此经典TPA多用于实物诊断和验证）；2）受限于加速度传感器的方向，只能求解三个方向的载荷。

  • CTPA首先求解2点处的等效力，然后通过连接件的刚度参数进行虚拟装配，求解3点处的接触力，无需被动端的真实参与，这样在设计阶段即可进行主动端（例如发动机或电机）等效力的测试、然后与不同的被动端（例如车体）进行虚拟装配，完成目标点的相应预测，并进行相应的优化工作。
  • 其次结合虚拟点转换（VPT）功能，在主动端实物测试阶段，可多布置测点，根据不同位置处的几何和受力关系求解出6自由度的载荷力，后续用于接触点处，解决经典TPA方法的第二弊端，在进行CTPA分析时，需要的数据包括：主动端测试数据、连接件动刚度、被动段有限元数据。

二、工程应用：多领域的问题解决场景

TPA软件模块可适配不同行业的NVH痛点，核心应用领域常见的问题及利用TPA的解决方案举例如下：

2.1汽车行业（核心应用场景）

  • 动力总成振动控制
问题举例：发动机振动通过悬置传递到车身，导致车内低频共振（如20-50Hz轰鸣）。
解决思路：通过结构声TPA量化各悬置路径的贡献（如某悬置贡献占比达70%），指导悬置刚度优化或添加阻尼材料，降低共振响应。
  • 车内噪声分离
问题举例：高速行驶时车内噪声混杂胎噪、风噪、发动机噪声，无法定位主要噪声源头。
解决思路：用空气声TPA分离胎噪（轮胎接地辐射）与风噪（车身表面气流辐射）的贡献，若胎噪贡献占比60%，可针对性优化轮胎花纹或轮拱隔音。
  • 底盘振动优化
问题举例：不平路面导致悬架振动传递到方向盘，产生“打手”现象；
解决思路：通过TPA识别悬架摆臂、稳定杆等路径的传递特性，优化衬套刚度或悬架几何，降低方向盘振动加速度。

图4 汽车TPA测试

2.2 航空航天行业

  • 座舱舒适度提升
问题举例：航电设备振动通过支架传递到座舱，影响乘客舒适度（如加速度＞0.1m/s²）。
解决思路：用组件级TPA（子结构法）预测航电设备的振动传递路径，优化支架结构或添加隔振垫，将座舱振动控制在0.05m/s²以内。

图5 航空发动机TPA测试

2.3 机械制造行业

  • 机床精度保障
问题举例：机床主轴高速旋转时，振动通过导轨传递到工作台，导致加工件尺寸误差（如 ±0.02mm超差）；
解决思路：通过结构声TPA分析“主轴—导轨—工作台”的传递路径，优化导轨润滑或主轴动平衡，将振动导致的误差控制在规定值以内。

图6 机床TPA测试

2.4 家用电器行业

  • 冰箱噪声控制
问题举例：压缩机运行噪声通过壳体辐射到室内（如夜间噪声＞38dB）；
解决思路：用空气声TPA量化压缩机壳体各区域的声辐射贡献，对高贡献区域（如壳体顶部）进行阻尼涂层处理，降低噪声2-3dB，达到规定的静音标准。

图7 家电TPA测试

三、功能及特点：软件模块的核心优势

本TPA软件模块在理论基础上强化工程实用性，功能及特点可概括为“高效、精准、灵活、易用”四大核心：

3.1 全流程自动化计算（高效）

自动生成TPA计算模型：软件自动完成“传递函数计算→等效激励求解→贡献量化”全流程，支持批量导入多通道测量数据；
数据预处理自动化：自动完成频率分辨率匹配（如传递函数频率分辨率与工况数据频率分辨率不同时进行频率分辨率数据自动匹配）、符号修正（消除传感器安装方向误差）、积分/微分（如加速度转速度、速度转位移）。

3.2 高精度计算引擎（精准）

多路径耦合处理：支持100+路径的同时分析（如整车20个激励点、5个接收点），通过矩阵病态性优化算法，避免多路径数据导致的计算偏差。

3. 多场景适配能力（灵活）

分析模式切换：支持“频域分析”（常规稳态问题，如匀速行驶噪声）与“时域分析”（瞬态问题，如发动机启停振动），时域分析通过 IFFT 将频域贡献转换为时域波形，可聆听各路径的声音（如轮胎摩擦声）；
数据来源兼容：支持导入试验数据（如unv，uff，matlab等格式传递函数）或CAE仿真数据（如ABAQUS、ANSYS计算的传递函数），满足研发早期（CAE仿真）与后期（试验验证）的不同需求。

4. 可视化与易用性（易用）

路径可视化呈现：通过3D模型标注各路径的贡献占比，直观展示能量传递轨迹；
报告自动生成：支持导出Word/PDF格式分析报告，包含传递函数曲线、路径贡献柱状图、优化建议（如“建议优化悬置刚度至200N/mm”），减少工程师报告撰写时间。

 
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