汽車前圍總成隔聲性能分析及優化

侯兆平 付年 鄧江華x 劉任權

摘? 要：針對某新開發車型前圍總成聲學包性能進行分析，采用統計能量方法研究了內外前圍不同定義（厚度分布、覆蓋率等）及過孔部件（線束、轉向、空調、離合、制動等）對前圍總成隔聲性能的影響，對分析中存在的聲學包風險點進行了優化，確保了總成性能滿足設計要求。在此基礎上，通過聲學包區域貢獻量分析方法對前圍隔音墊進行了減重優化。最后，借助試驗手段對前圍隔音墊總成隔聲性能進行了驗證。通過本文分析可知，在聲學包設計初期，通過進行聲學包聲學性能的仿真分析及優化，可確保后期聲學包性能滿足設計水平要求，同時避免了后期設計及模具修改的風險。

關鍵詞：聲學包;貢獻量分析;輕量化設計;隔聲性能

中圖分類號：U462.3+5? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2019）02-0034-06

前言

前圍總成主要包括前隔板總成與裝配其上的內外前圍隔音墊內飾件。前隔板總成是車身主要結構件之一，主要功能是作為空調暖風機總成、線束、離合/制動/加速踏板等的載體，同時與裝配其上的內外前圍件及過孔上的橡膠孔塞一起起到吸隔聲的作用。其中，前圍內隔音墊是整車聲學包中主要的部件之一[1]。前圍總成隔聲性能的優劣直接決定了前艙動力總成噪聲向車內的傳遞狀態，進而影響車內噪聲水平。但前圍總成上由于過孔的存在和鈑金件附件安裝及結構形式的限制，不可避免的存在泄漏、 前圍內隔音墊貼合不嚴及覆蓋率不足等問題，而這些缺陷的存在將大大影響前圍總成的隔聲水平，尤其在高頻時的隔聲損失更為嚴重[2～5]。

本文以某新開發車型為研究對象，通過仿真手段對前圍隔聲性能進行了分析評估，著重研究了設計中存在的過孔隔聲、前圍厚度分布、覆蓋率、泄漏等問題對前圍總成隔聲性能的影響，并提出了對應的優化方案，使其隔聲性能達到設計要求。同時，基于聲學包區域靈敏度分析，對前圍厚度進行了優化，實現了減重設計。最后，通過前圍總成隔聲試驗對優化分析方案進行了驗證，取得較為理想的效果。

1? ? 前圍總成隔聲性能仿真分析

在數模階段進行前圍總成隔聲性能分析，可對設計狀態聲學性能水平進行有效評估，對前圍總成各部件可能存在的設計風險進行預測，并及時做出有效的設計優化方案。

1.1? ?前隔板總成隔聲性能仿真分析

前隔板總成自身隔聲性能的優劣直接決定了總成的聲學性能。在數模設計階段，對開發車型前隔板總成隔聲性能進行分析，以評估其在中高頻段隔聲水平，并對可能存在的設計風險進行預估，包括：

鈑金搭接可能存在的密封風險;

前隔板總成局部加強板對其隔聲性能影響（如三踏板處加強板安裝）

采用基于統計能量分析方法，建立分析模型如圖1所示：

通過進行前隔板總成隔聲性能分析，獲得400～8000Hz隔聲水平曲線如圖2所示：

由圖2可知，前圍鈑金在4000Hz以上隔聲性能存在衰減風險，應與當前鈑金結構設計有關，需關注三踏板支架結構形式優化、離合與制動過孔開孔直徑優化、支架周邊涂設密封膠處理等。

1.2? ?前隔板總成隔聲性能試驗驗證

為了驗證前隔板隔聲仿真分析模型的精度，進行了前隔板隔聲性能試驗。試驗采用半消聲室+混響室方法。前圍鈑金測試需對存在開孔的地方使用周邊同厚度鈑金替代，同時完全密封，如圖3所示，得到的測試數據與仿真分析對比如圖4所示：

由圖4可知，前隔板隔聲性能測試值與仿真結果總體趨勢一致，且誤差均可控制在2dB以內，說明當前進行仿真分析所有SEA模型精度滿足要求。

1.3? ?前圍內隔音墊隔聲性能仿真分析

前圍內隔音墊作為整車聲學包中最重要的隔聲部件，貼附于前隔板總成上，用于隔絕動力總成噪聲向車內的透射，其結構為硬層EVA+軟層PU。前圍內隔音墊自身隔聲性能的優劣直接決定了前圍總成的隔聲性能。基于前圍內隔音墊厚度分布（圖3），建立前圍內隔音墊覆蓋前隔板的SEA模型。分析中未考慮過孔隔聲及前圍覆蓋率對前圍總成隔聲性能的影響。

在此前圍內隔音墊定義下，可得出前圍內隔音墊的插入損失如圖6所示：

由圖可知，內前圍自身隔聲性能較優，均可滿足目標水平要求。

2? ? 前圍總成隔聲影響因素分析

前圍總成隔聲性能除與前隔板、前圍內隔音墊等相關外，前圍的覆蓋率、過孔隔聲性能等也對前圍總成隔聲性能有著重要的影響。基于此，分別研究了前圍覆蓋率與過孔隔聲對前圍總成隔聲的影響。

2.1? ?前圍覆蓋率影響

依據前圍CAD數模，可計算得出前圍不同區域覆蓋水平，當前前圍覆蓋定義如圖7所示。在此覆蓋定義情況下，不考慮過孔隔聲的影響，防火墻總成隔聲性能如圖8所示：

由圖8可知，當考慮前隔板覆蓋率影響后，前圍總成隔聲性能明顯降低，在4000Hz以上高頻，覆蓋率對前圍總成隔聲性能的衰減達到近30dB。

2.2? ?過孔影響

過孔自身的隔聲性能也是前圍總成隔聲性能的主要影響因素之一。通過試驗方法確定各過孔隔聲性能水平，并結合CAE手段進行各過孔對前圍總成隔聲貢獻量分析。

2.2.1 過孔隔聲性能分析

封堵所有過孔，使過孔對前圍總成隔聲無明顯影響，整體達到趨于理想化的隔聲水平（圖9）。在此基礎上單獨安裝過孔零部件進行試驗分析。

基于試驗結果與仿真分析，得出當前樣件過孔自身隔聲性能[1]，如圖10所示：

2.2.2 過孔隔聲貢獻分析

在考慮前圍覆蓋率的同時，增加過孔隔聲定義，進行前圍總成隔聲性能分析，前圍總成在不同狀態下的隔聲性能如圖11所示：

由圖11可知，在前圍考慮內前圍覆蓋基礎上，增加過孔隔聲性能影響，前圍總成隔聲性能進一步下降，僅較前隔板總成本體隔聲性能高10dB左右，前圍總成隔聲性能衰減嚴重。其中不同過孔件對前圍隔聲性能的貢獻分析如圖12所示：

由圖10可知，過孔隔聲對前圍總成的影響主要表現在2000Hz以上高頻，而其中換擋拉線過孔、轉向過孔及空調管路過孔影響最為明顯。

3? ? 前圍總成聲學性能優化

3.1? ?前圍總成隔聲性能優化

依據功率流分析方法，可得出聲能量通過前圍各部位穿透的能力，聲能量傳透大的區域即影響前圍隔聲性能的主要區域，由此可得出對前圍總成隔聲性能影響最大的8處位置，如圖13所示：

由圖可知，空調高低壓管、制動過孔、離合過孔對前圍隔聲貢獻最大，以600～3000Hz中頻段占優;前圍駕駛員腳踏處貢獻次之，在400Hz以上貢獻水平基本相當，約16%左右，與聲學包隔聲及彎曲振動均有關系;空調支架安裝處、左輪包處及空調漏水孔處貢獻再次之，主要表現在2500Hz以上高頻，貢獻約5%左右。基于CAD模型，對前圍隔聲性能影響的主要部位厚度分布及聲學包覆蓋定義（與圖5相同）CAE分析如圖14所示：

依據貢獻量排序，進行前圍隔聲性能優化，方案如表1示：

經上述方案優化后，前圍總成隔聲性能有了明顯提升，基本達到設計要求水平，如圖15所示：

3.2? ?前圍內隔音墊輕量化優化

為實現聲學包輕量化設計，在不影響前圍總成傳遞損失的基礎上，對前圍內隔音墊進行了輕量化設計，主要針對厚度分布進行優化。

基于功率流方法，對前圍內隔音墊影響前圍總成隔聲性能的部位進行貢獻量分析，列出貢獻最小的前8個區域如圖16所示：

由此得出對應的內前圍分布區域如圖17所示：

依據貢獻量排序，進行前圍內隔音墊厚度優化如表2示。

實施此方案后，內前圍減重約0.73kg。減重優化后前圍總成隔聲性能衰減水平如圖18所示。

對以上部位前圍內隔音墊下軟層厚度進行減

薄優化后，前圍總成隔聲量略有降低，主要表現在400～630Hz中頻帶，高頻衰減很小，基本無影響。整體影響很小，滿足設計要求。

4? ? 結論

本文對車身主要聲學包件——前圍內隔音墊進行了隔聲性能試驗與仿真分析，研究了內前圍覆蓋率與過孔隔聲對前圍總成隔聲性能的影響，并在此基礎上進行了性能提升優化及輕量化研究。基于本文分析，可得出一些結論如下：

（1）前圍總成覆蓋率與過孔的隔聲性能直接決定了前圍總成的隔聲水平，對過孔件隔聲性能的控制至關重要;

（2）在聲學包設計前期可基于功率流方法，有針對性的對隔聲薄弱區域進行強化處理，同時也可將影響前圍總成隔聲較小的區域進行減重降本設計，從而達到性能與重量的雙贏。

參考文獻：

[1]鄧江華. 前圍總成特性對汽車聲學包性能影響[J]. 噪聲與振動控制. 2014，（3）：78～81.

[2]Yuksel Gur， Jian Pan， David Wagner. Sound Package Development for Lightweight Vehicle Design using Statistical Energy Analysis （SEA） [EB/OL]. http：// papers.sae.org/2015-01-2302. 2015.

[3]? Qijun Zhang， Alan Parrett. Lightweight Acoustic System Performance Target Setting Process[EB/OL].http：// papers.sae.org/2013-01-1982. 2013.

[4]龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京：機械工業出版社，2015.269-274.

[5]鄧江華，宋俊，李燦，等.乘用車聲學包設計開發與優化技術研究[J].聲學技術.2015，34（4）： 353～357.