等效輻射聲功率在改善關(guān)門聲品質(zhì)中的應(yīng)用

孫壽峰

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，車輛乘坐舒適性越來越受到用戶重視。文獻(xiàn)[1]顯示，整車1/3 的故障與車輛NVH性能有關(guān)，用戶反映的市場問題也有約25%與NVH 相關(guān)。目前，國外汽車設(shè)計(jì)通過等效輻射聲功率（Equivalent Radiated Power，ERP）分析方法進(jìn)行車身表面阻尼敷設(shè)位置及形狀優(yōu)化的技術(shù)已經(jīng)較為成熟，國內(nèi)行業(yè)專家也在不斷深入研究該領(lǐng)域，并根據(jù)ERP 仿真方法和結(jié)果對(duì)車身進(jìn)行優(yōu)化。文章以車門外板為例，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)膠板粘貼位置進(jìn)行ERP 分析，對(duì)比不同位置的結(jié)果，得到關(guān)門聲品質(zhì)相對(duì)較好的方案。

1 關(guān)門聲品質(zhì)評(píng)價(jià)與影響因素

1.1 關(guān)門聲品質(zhì)的評(píng)價(jià)參數(shù)

聲音的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般包括聲壓等級(jí)、響度及尖銳度[2]。其中，響度和尖銳度是表征人們對(duì)聲音感知的2 個(gè)重要的心理學(xué)參數(shù)。響度（Loudness）是人對(duì)聲音大小的主觀感覺指標(biāo)，其單位為sone，1 sone 是指1 kHz 純音，聲壓級(jí)為40 dB 時(shí)的響度。

尖銳度（Sharpness）是衡量聲音中高頻成分多少的心理學(xué)指標(biāo)，影響人們對(duì)聲音音調(diào)高低的評(píng)價(jià)，其單位為acum，1 acum 定義為中心頻率為1 000 Hz，寬帶為150 Hz 的聲音，聲壓級(jí)為60 dB。

1.2 關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素

在汽車關(guān)門時(shí)，聲源主要來自車門與車身的碰撞、門鎖的碰撞及車門內(nèi)外板的噪聲輻射。車門與車身之間有密封條、防撞塊，碰撞產(chǎn)生的聲音多為低頻成分，是響度的主要貢獻(xiàn)者；門鎖撞擊聲包括低頻和高頻成分，以高頻為主，對(duì)尖銳度影響很大；車門板的輻射聲由機(jī)械共振引起，以中頻為主。

2 ERP 分析理論

ERP 分析是頻響分析中一種較為常用的分析方法[3]，主要通過評(píng)估輻射表面上的速度響應(yīng)來計(jì)算在特定的激勵(lì)下鈑金動(dòng)力學(xué)最大的可能輻射能量。

ERP 計(jì)算公式，如式（1）所示。

式中：ERP——等效輻射聲功率，W；

δ——輻射損耗因子；

C——聲速，m/s；

ρ——流體密度，kg/m3；

Ai——單元面積，m2；

vi——單元法向速度，m/s。

根據(jù)分貝計(jì)算公式，換算后得到：

式中：P——縮放因子，P=1.0；

R——聲壓參考值，R=2×10-5Pa。

車門與車身碰撞時(shí)，沖擊力傳遞到內(nèi)板和外板上，引起振動(dòng)。內(nèi)板和外板都是薄壁板，受到振動(dòng)激勵(lì)后，會(huì)對(duì)外輻射噪聲?？赏ㄟ^抑制板件振動(dòng)、增加板的剛度和阻尼等方法來降低輻射噪聲。ERP 分析可以用于計(jì)算板件的輻射聲功率，找到薄弱區(qū)域，針對(duì)峰值點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以期達(dá)到降低輻射聲功率、改善聲品質(zhì)的目的。

3 關(guān)門聲品質(zhì)問題介紹

某自主車型在關(guān)門聲品質(zhì)評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)，前車門以最小關(guān)門力關(guān)門時(shí)，車門外板有輕微的輕脆輻射聲，以較大力關(guān)車門時(shí)，車門外板輕脆聲非常明顯，聲品質(zhì)較差。

經(jīng)過試驗(yàn)部門的實(shí)車測試，相關(guān)關(guān)門聲品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)結(jié)果，如表1 所示；車門關(guān)閉聲聲壓級(jí)1/3 倍頻程，如圖1 所示；車門關(guān)閉聲時(shí)域頻譜，如圖2 所示。

表1 原車關(guān)門聲品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)結(jié)果

圖1 原車車門關(guān)閉聲聲壓級(jí)1/3 倍頻程

圖2 原車車門關(guān)閉聲時(shí)域頻譜

4 問題改善

4.1 改善方向

關(guān)門聲品質(zhì)與車門板結(jié)構(gòu)、門鎖結(jié)構(gòu)、密封系統(tǒng)有關(guān)。其中汽車的門鎖潤滑良好、密封膠條無老化，排除門鎖、密封系統(tǒng)的原因，主要對(duì)車門板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

增加剛度的方法有使用板件沖筋、梁支撐和補(bǔ)強(qiáng)膠。因該車型已進(jìn)入后期試驗(yàn)階段，車門外板的形狀已經(jīng)確定，已不可能用沖筋的方法進(jìn)行優(yōu)化；車門外板本身設(shè)計(jì)為與防撞梁膠粘，增加梁的數(shù)量從成本上考慮也不太可能。所以可以通過使用補(bǔ)強(qiáng)膠的方法來提高車門外板剛度。

補(bǔ)強(qiáng)膠是一種柔軟的膠板，貼在車門外板內(nèi)側(cè)，經(jīng)過高溫烘烤后，膠板變得非常堅(jiān)硬。

文章對(duì)車門外板進(jìn)行ERP 分析，針對(duì)輻射聲功率較大的部位粘貼補(bǔ)強(qiáng)膠來提高聲品質(zhì)。

4.2 ERP 分析

4.2.1 分析模型

前車門主要由鈑金件構(gòu)成，包括內(nèi)板、外板、窗框、防撞梁等結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，鈑金件采用殼單元模擬，焊點(diǎn)采用實(shí)體單元模擬，防撞梁與車門外板采用膨脹膠連接，截取左前車門有限元模型，如圖3所示。

4.2.2 分析工況

在車門鉸鏈處進(jìn)行約束，在車門鎖點(diǎn)處施加1～1 000 Hz 的單位力，方向?yàn)榇怪避囬T內(nèi)板方向。根據(jù)車身部門工程師要求，只在車門外板防撞梁上部局部粘貼補(bǔ)強(qiáng)膠，因此只對(duì)局部進(jìn)行ERP 分析計(jì)算。

4.2.3 結(jié)果及優(yōu)化

通過原車ERP 結(jié)果可以看到，50 dB 以上的聲功率主要集中在50～350 Hz 段內(nèi)，其它頻率段的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，如圖4 所示。

圖4 原車ERPdB 結(jié)果

在 77，93，130，197，232，252 Hz 處存在峰值，節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量，如圖5～圖10 所示。

圖5 77 Hz 處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量

圖6 93 Hz 處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量

圖7 130 Hz 處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量

圖8 197 Hz 處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量

圖9 232 Hz 處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量

圖10 252 Hz 處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量

在輻射聲功率較大位置布置補(bǔ)強(qiáng)膠片，可有效降低板件的振動(dòng)輻射聲。針對(duì)這一方案，結(jié)合等效輻射聲功率節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量云圖，車身工程師提出2 種布置方式：

1）在手柄下方車門外板內(nèi)側(cè)布置一塊200 mm×400 mm 的補(bǔ)強(qiáng)膠片，如圖11 所示；

2）手柄下車門外板內(nèi)側(cè)布置一塊200 mm×200 mm的補(bǔ)強(qiáng)膠片，一塊150 mm×200 mm 的補(bǔ)強(qiáng)膠片，如圖12 所示。

圖11 補(bǔ)強(qiáng)膠片布置方案1

圖12 補(bǔ)強(qiáng)膠片布置方案2

補(bǔ)強(qiáng)膠片厚度為1.2 mm，方案1 的補(bǔ)強(qiáng)膠片質(zhì)量為120 g，方案2 的補(bǔ)強(qiáng)膠片質(zhì)量為102 g。分別對(duì)2 種方案進(jìn)行ERP 計(jì)算，計(jì)算頻率為50～350 Hz。對(duì)比結(jié)果如圖13 所示。

圖13 原車與方案1、2 的ERPdB 分析結(jié)果曲線對(duì)比

通過結(jié)果對(duì)比，可以看出：

在 97，130，197，232 Hz 處方案均有效，且方案 2降低效果較明顯。

4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

在實(shí)車上進(jìn)行方案驗(yàn)證，評(píng)價(jià)參數(shù)如表2 所示。

表2 補(bǔ)強(qiáng)膠片與原車關(guān)門聲品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)比

從表2 可以看到，相對(duì)原車，響度降低了12.5%，尖銳度降低3.9%，相對(duì)聲壓也有所下降。主觀評(píng)價(jià)車門關(guān)閉聲厚重而沒有輕脆聲，關(guān)門聲品質(zhì)改善明顯；較大力關(guān)門聲品質(zhì)改善效果更明顯。

5 結(jié)論

文章通過對(duì)補(bǔ)強(qiáng)膠片粘貼位置進(jìn)行ERP 分析，對(duì)比了相同激勵(lì)下ERP 峰值的結(jié)果，改進(jìn)了鈑金件的振動(dòng)和噪聲，并經(jīng)過實(shí)車測試，達(dá)到了改善關(guān)門聲品質(zhì)的目的。

板件表面輻射聲功率優(yōu)化分析是一種有效的方法，文章介紹了該方法的簡單應(yīng)用，在實(shí)際工程中，可以將該方法應(yīng)用到多個(gè)工況下，比如控制噪聲傳遞函數(shù)，可以有效減少后期NTF 分析優(yōu)化的時(shí)間等。

文章是對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)優(yōu)化措施的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，該方法對(duì)其他車型的相關(guān)問題改善具有一定的指導(dǎo)作用。