乘用車聲學(xué)包設(shè)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(nèi)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(guān)注的核心[1]。降低車內(nèi)噪聲，改善座艙環(huán)境是全球汽車主機廠及供應(yīng)商所急于解決的問題[2]。近年來，國內(nèi)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(chǎn)NVH零部件的廠家以往主要以制造產(chǎn)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(yīng)和系統(tǒng)供貨等配套方式的影響，零部件廠家已經(jīng)意識到了參與主機廠NVH前期設(shè)計和匹配開發(fā)的重要性。文章簡要介紹了汽車聲學(xué)包設(shè)計的基本流程和主要方法，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)診斷計算方法和聲學(xué)仿真分析軟件開發(fā)出整車聲學(xué)件的目標(biāo)值，再根據(jù)NVH數(shù)據(jù)庫（主機廠和NVH零部件廠自身創(chuàng)建）匹配目標(biāo)值得到聲學(xué)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(xué)包項目的開發(fā)。

1 聲學(xué)設(shè)計

目前，聲學(xué)設(shè)計與整車同步開發(fā)，首先是根據(jù)一個或多個標(biāo)桿車型駕乘主觀評價和道路測試車內(nèi)/車外噪聲目標(biāo)值，然后通過仿真計算設(shè)定目標(biāo)值，最后在數(shù)據(jù)庫中選擇進行目標(biāo)匹配，使整車性能平衡。與整車同步開發(fā)的聲學(xué)設(shè)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(xué)設(shè)計必須進行的。

1.1 網(wǎng)絡(luò)診斷計算

車輛聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)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(jīng)歷的體驗結(jié)合起來，是最大限度地提升駕駛性能的關(guān)鍵。開始聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)診斷計算，首先需確認(rèn)：必需與不需要的聲音；提供確切聲音信息給駕駛員的相應(yīng)時間；有用的聲音在車內(nèi)/外空間的定位。

聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)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(xué)網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(wǎng)絡(luò)診斷計算設(shè)計工作需要作為一個整體來加以考慮。

網(wǎng)絡(luò)診斷計算是利用標(biāo)桿車型進行聲功率、傳遞函數(shù)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(zhǔn)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(fēng)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(jié)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(zhǔn)聲源測量傳遞函數(shù)。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(shù)；

t——系統(tǒng)混響時間，s。

1.2 數(shù)據(jù)處理

網(wǎng)絡(luò)診斷計算完成后，利用聲學(xué)軟件對數(shù)據(jù)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(jié)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(jù)處理結(jié)果，利用聲學(xué)包數(shù)據(jù)庫（一般主機廠和NVH零部件廠均有自己的聲學(xué)包數(shù)據(jù)庫）進行目標(biāo)值匹配，確定聲學(xué)件的開發(fā)方案。

2 方案優(yōu)化

聲學(xué)包設(shè)計完成進入實車階段后仍需要進行實車的NVH測試，當(dāng)測試結(jié)果與標(biāo)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(jié)果（經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷計算處理得到薄弱區(qū)域成像）發(fā)現(xiàn)存在局部的隔聲效果薄弱部位。此時在聲學(xué)包數(shù)據(jù)庫中利用聲學(xué)軟件再次進行目標(biāo)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(xué)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(xiàn)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(biāo)匹配

某車型的車內(nèi)語言清晰度和噪聲量測試結(jié)果，如圖9所示，該車語言清晰度比標(biāo)桿車型低了20%，比最低的目標(biāo)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(biāo)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(biāo)桿車型的性能，將整車聲學(xué)包目標(biāo)性能重新布置，再將調(diào)整后的目標(biāo)值進行數(shù)據(jù)庫匹配，更新整車聲學(xué)件方案，調(diào)整后的實車測試結(jié)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(biāo)桿車型相等，且并無性能過設(shè)計現(xiàn)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(diào)整聲功率的目標(biāo)值。這些優(yōu)化處理都是為了彌補整車聲學(xué)包設(shè)計的缺陷，提高整車NVH性能，是整車聲學(xué)設(shè)計的必要步驟。

3 結(jié)論

國內(nèi)自主品牌汽車的NVH設(shè)計基本上都是通過與標(biāo)桿車的聲學(xué)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(biāo)。文章通過聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)診斷計算法進行汽車NVH的正向開發(fā)，較之前簡單的聲學(xué)零部件對比開發(fā)更加合理，利用聲學(xué)數(shù)據(jù)庫及控制體系能夠?qū)φ嘚VH目標(biāo)性能進行優(yōu)化配置，避免設(shè)計缺陷和過剩的現(xiàn)象產(chǎn)生。為保證汽車NVH的正向開發(fā)，應(yīng)進行大量聲學(xué)零部件性能的收集，建立完善的聲學(xué)包數(shù)據(jù)庫，同時應(yīng)健全更加合理的控制體系去調(diào)控整車NVH目標(biāo)。

文章為國內(nèi)汽車NVH設(shè)計提供了新的思路，國內(nèi)研究人員在學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)的同時應(yīng)注重創(chuàng)新，創(chuàng)建更佳的正向開發(fā)流程，從而使國內(nèi)的汽車NVH技術(shù)能夠達到國際領(lǐng)先水平。