乘用車聲學包設計

孫成武 陳黨輝 靳干 俞燕

（安徽江淮汽車股份有限公司）

車內噪聲影響乘客的舒適性和安全性等，已成為車輛研究及客戶關注的核心[1]。降低車內噪聲，改善座艙環(huán)境是全球汽車主機廠及供應商所急于解決的問題[2]。近年來，國內的大部分主機廠在NVH方面投入了較多硬件和軟件，但是總體水平和國外相比還有一定的差距[3]。一些生產NVH零部件的廠家以往主要以制造產品為主，主機廠的同步開發(fā)能力普遍較差，可提供的同步開發(fā)研究手段和分析方法并不多，受國際通行的同步開發(fā)、模塊化供應和系統(tǒng)供貨等配套方式的影響，零部件廠家已經意識到了參與主機廠NVH前期設計和匹配開發(fā)的重要性。文章簡要介紹了汽車聲學包設計的基本流程和主要方法，應用網絡診斷計算方法和聲學仿真分析軟件開發(fā)出整車聲學件的目標值，再根據NVH數據庫（主機廠和NVH零部件廠自身創(chuàng)建）匹配目標值得到聲學件方案，最終通過優(yōu)化方案對實車的NVH性能進行優(yōu)化整改，完成聲學包項目的開發(fā)。

1 聲學設計

目前，聲學設計與整車同步開發(fā)，首先是根據一個或多個標桿車型駕乘主觀評價和道路測試車內/車外噪聲目標值，然后通過仿真計算設定目標值，最后在數據庫中選擇進行目標匹配，使整車性能平衡。與整車同步開發(fā)的聲學設計開發(fā)步驟包括診斷計算、仿真分析及方案優(yōu)化，這3個步驟是每個車型聲學設計必須進行的。

1.1 網絡診斷計算

車輛聲學網絡診斷計算是將駕駛員對整車噪聲的感受、相互作用和駕駛經歷的體驗結合起來，是最大限度地提升駕駛性能的關鍵。開始聲學網絡診斷計算，首先需確認：必需與不需要的聲音；提供確切聲音信息給駕駛員的相應時間；有用的聲音在車內/外空間的定位。

聲學網絡診斷計算通過4個基本進化步驟（噪聲源進化、環(huán)境進化、空間進化和傳遞進化），能夠與車身安全及熱管理系統(tǒng)開發(fā)保持同步，連續(xù)地對整車NVH性能進行改進，這4個開發(fā)步驟在聲學網絡診斷計算開發(fā)的不同階段都會發(fā)生，如圖1所示。對于一個成功設計的新車型，以上每個步驟都要進行。由于不同單元之間的相互影響，全部網絡診斷計算設計工作需要作為一個整體來加以考慮。

網絡診斷計算是利用標桿車型進行聲功率、傳遞函數及混響時間等的測量，并利用SEA[4]系統(tǒng)阻尼損失因子方程式計算得出阻尼損失因子，具體步驟如下。

1）利用校準聲源測量系統(tǒng)（腔體）聲功率。使用功率替代法，用一組麥克風直接測量聲功率，其測量示意圖，如圖2所示。

2）測試工作狀態(tài)下的近場聲功率，并結合步驟1）計算工作狀態(tài)下每個零部件的聲功率。其測量示意圖，如圖3所示。

3）利用校準聲源測量傳遞函數。其測量示意圖，如圖4所示。

4）按圖5所示測量系統(tǒng)的混響時間，并利用式（1）計算系統(tǒng)阻尼損失因子。

式中：η——阻尼損失因子；

ω——傳遞函數；

t——系統(tǒng)混響時間，s。

1.2 數據處理

網絡診斷計算完成后，利用聲學軟件對數據進行處理，處理包括噪聲源排序、聲功率凈化、傳遞路徑及排序、聲全息互易法/薄弱區(qū)域成像。處理結果示意圖，如圖6所示，圖6中紅色部分為薄弱區(qū)域成像。

根據處理結果，利用聲學包數據庫（一般主機廠和NVH零部件廠均有自己的聲學包數據庫）進行目標值匹配，確定聲學件的開發(fā)方案。

2 方案優(yōu)化

聲學包設計完成進入實車階段后仍需要進行實車的NVH測試，當測試結果與標桿車型差距明顯或有明顯的缺陷時，需要進行NVH的優(yōu)化處理。

2.1 薄弱部位處理

某車型實車測試結果（經網絡診斷計算處理得到薄弱區(qū)域成像）發(fā)現存在局部的隔聲效果薄弱部位。此時在聲學包數據庫中利用聲學軟件再次進行目標值匹配，得到優(yōu)化方案后進行實物整改，采用重涂層（EPDM）來增強薄弱區(qū)域的隔聲能力，同時用聲學性能更好的EVA材料替代了樹脂氈隔聲層，如圖7所示。整改完成后的實車再次進行NVH測試，發(fā)現局部薄弱部位的傳遞損失得到改善，如圖8所示，系統(tǒng)整體NVH性能得到提高。

2.2 整車目標匹配

某車型的車內語言清晰度和噪聲量測試結果，如圖9所示，該車語言清晰度比標桿車型低了20%，比最低的目標值還低了10%左右，如圖9a所示；同時500 Hz以下頻率的噪聲比標桿車型低，而500 Hz以上頻率的噪聲需降低至少10 dB，如圖9b所示。

為了達到標桿車型的性能，將整車聲學包目標性能重新布置，再將調整后的目標值進行數據庫匹配，更新整車聲學件方案，調整后的實車測試結果，如圖10所示。

從圖10可以看出，整車NVH性能優(yōu)于或至少與標桿車型相等，且并無性能過設計現象。

除了上述2種優(yōu)化方式外，還可通過降低噪聲聲源來調整聲功率的目標值。這些優(yōu)化處理都是為了彌補整車聲學包設計的缺陷，提高整車NVH性能，是整車聲學設計的必要步驟。

3 結論

國內自主品牌汽車的NVH設計基本上都是通過與標桿車的聲學零部件對比分析來進行的，無法使整車NVH性能達到最合理的目標。文章通過聲學網絡診斷計算法進行汽車NVH的正向開發(fā)，較之前簡單的聲學零部件對比開發(fā)更加合理，利用聲學數據庫及控制體系能夠對整車NVH目標性能進行優(yōu)化配置，避免設計缺陷和過剩的現象產生。為保證汽車NVH的正向開發(fā)，應進行大量聲學零部件性能的收集，建立完善的聲學包數據庫，同時應健全更加合理的控制體系去調控整車NVH目標。

文章為國內汽車NVH設計提供了新的思路，國內研究人員在學習國外先進技術的同時應注重創(chuàng)新，創(chuàng)建更佳的正向開發(fā)流程，從而使國內的汽車NVH技術能夠達到國際領先水平。