汽車前圍總成隔聲性能分析及優(yōu)化

侯兆平 付年 鄧江華x 劉任權(quán)

摘? 要：針對(duì)某新開(kāi)發(fā)車型前圍總成聲學(xué)包性能進(jìn)行分析，采用統(tǒng)計(jì)能量方法研究了內(nèi)外前圍不同定義（厚度分布、覆蓋率等）及過(guò)孔部件（線束、轉(zhuǎn)向、空調(diào)、離合、制動(dòng)等）對(duì)前圍總成隔聲性能的影響，對(duì)分析中存在的聲學(xué)包風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，確保了總成性能滿足設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)聲學(xué)包區(qū)域貢獻(xiàn)量分析方法對(duì)前圍隔音墊進(jìn)行了減重優(yōu)化。最后，借助試驗(yàn)手段對(duì)前圍隔音墊總成隔聲性能進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)本文分析可知，在聲學(xué)包設(shè)計(jì)初期，通過(guò)進(jìn)行聲學(xué)包聲學(xué)性能的仿真分析及優(yōu)化，可確保后期聲學(xué)包性能滿足設(shè)計(jì)水平要求，同時(shí)避免了后期設(shè)計(jì)及模具修改的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)包;貢獻(xiàn)量分析;輕量化設(shè)計(jì);隔聲性能

中圖分類號(hào)：U462.3+5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：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(nèi)外前圍隔音墊內(nèi)飾件。前隔板總成是車身主要結(jié)構(gòu)件之一，主要功能是作為空調(diào)暖風(fēng)機(jī)總成、線束、離合/制動(dòng)/加速踏板等的載體，同時(shí)與裝配其上的內(nèi)外前圍件及過(guò)孔上的橡膠孔塞一起起到吸隔聲的作用。其中，前圍內(nèi)隔音墊是整車聲學(xué)包中主要的部件之一[1]。前圍總成隔聲性能的優(yōu)劣直接決定了前艙動(dòng)力總成噪聲向車內(nèi)的傳遞狀態(tài)，進(jìn)而影響車內(nèi)噪聲水平。但前圍總成上由于過(guò)孔的存在和鈑金件附件安裝及結(jié)構(gòu)形式的限制，不可避免的存在泄漏、 前圍內(nèi)隔音墊貼合不嚴(yán)及覆蓋率不足等問(wèn)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(shí)的隔聲損失更為嚴(yán)重[2～5]。

本文以某新開(kāi)發(fā)車型為研究對(duì)象，通過(guò)仿真手段對(duì)前圍隔聲性能進(jìn)行了分析評(píng)估，著重研究了設(shè)計(jì)中存在的過(guò)孔隔聲、前圍厚度分布、覆蓋率、泄漏等問(wèn)題對(duì)前圍總成隔聲性能的影響，并提出了對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案，使其隔聲性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，基于聲學(xué)包區(qū)域靈敏度分析，對(duì)前圍厚度進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了減重設(shè)計(jì)。最后，通過(guò)前圍總成隔聲試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化分析方案進(jìn)行了驗(yàn)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(shù)模階段進(jìn)行前圍總成隔聲性能分析，可對(duì)設(shè)計(jì)狀態(tài)聲學(xué)性能水平進(jìn)行有效評(píng)估，對(duì)前圍總成各部件可能存在的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并及時(shí)做出有效的設(shè)計(jì)優(yōu)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(yōu)劣直接決定了總成的聲學(xué)性能。在數(shù)模設(shè)計(jì)階段，對(duì)開(kāi)發(fā)車型前隔板總成隔聲性能進(jìn)行分析，以評(píng)估其在中高頻段隔聲水平，并對(duì)可能存在的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估，包括：

鈑金搭接可能存在的密封風(fēng)險(xiǎn);

前隔板總成局部加強(qiáng)板對(duì)其隔聲性能影響（如三踏板處加強(qiáng)板安裝）

采用基于統(tǒng)計(jì)能量分析方法，建立分析模型如圖1所示：

通過(guò)進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)與當(dāng)前鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，需關(guān)注三踏板支架結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化、離合與制動(dòng)過(guò)孔開(kāi)孔直徑優(yōu)化、支架周邊涂設(shè)密封膠處理等。

1.2? ?前隔板總成隔聲性能試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證前隔板隔聲仿真分析模型的精度，進(jìn)行了前隔板隔聲性能試驗(yàn)。試驗(yàn)采用半消聲室+混響室方法。前圍鈑金測(cè)試需對(duì)存在開(kāi)孔的地方使用周邊同厚度鈑金替代，同時(shí)完全密封，如圖3所示，得到的測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真分析對(duì)比如圖4所示：

由圖4可知，前隔板隔聲性能測(cè)試值與仿真結(jié)果總體趨勢(shì)一致，且誤差均可控制在2dB以內(nèi)，說(shuō)明當(dāng)前進(jìn)行仿真分析所有SEA模型精度滿足要求。

1.3? ?前圍內(nèi)隔音墊隔聲性能仿真分析

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

在此前圍內(nèi)隔音墊定義下，可得出前圍內(nèi)隔音墊的插入損失如圖6所示：

由圖可知，內(nèi)前圍自身隔聲性能較優(yōu)，均可滿足目標(biāo)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(nèi)隔音墊等相關(guān)外，前圍的覆蓋率、過(guò)孔隔聲性能等也對(duì)前圍總成隔聲性能有著重要的影響?；诖?，分別研究了前圍覆蓋率與過(guò)孔隔聲對(duì)前圍總成隔聲的影響。

2.1? ?前圍覆蓋率影響

依據(jù)前圍CAD數(shù)模，可計(jì)算得出前圍不同區(qū)域覆蓋水平，當(dāng)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(guò)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(dāng)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(duì)前圍總成隔聲性能的衰減達(dá)到近30dB。

2.2? ?過(guò)孔影響

過(guò)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(guò)試驗(yàn)方法確定各過(guò)孔隔聲性能水平，并結(jié)合CAE手段進(jìn)行各過(guò)孔對(duì)前圍總成隔聲貢獻(xiàn)量分析。

2.2.1 過(guò)孔隔聲性能分析

封堵所有過(guò)孔，使過(guò)孔對(duì)前圍總成隔聲無(wú)明顯影響，整體達(dá)到趨于理想化的隔聲水平（圖9）。在此基礎(chǔ)上單獨(dú)安裝過(guò)孔零部件進(jìn)行試驗(yàn)分析。

基于試驗(yàn)結(jié)果與仿真分析，得出當(dāng)前樣件過(guò)孔自身隔聲性能[1]，如圖10所示：

2.2.2 過(guò)孔隔聲貢獻(xiàn)分析

在考慮前圍覆蓋率的同時(shí)，增加過(guò)孔隔聲定義，進(jìn)行前圍總成隔聲性能分析，前圍總成在不同狀態(tài)下的隔聲性能如圖11所示：

由圖11可知，在前圍考慮內(nèi)前圍覆蓋基礎(chǔ)上，增加過(guò)孔隔聲性能影響，前圍總成隔聲性能進(jìn)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(yán)重。其中不同過(guò)孔件對(duì)前圍隔聲性能的貢獻(xiàn)分析如圖12所示：

由圖10可知，過(guò)孔隔聲對(duì)前圍總成的影響主要表現(xiàn)在2000Hz以上高頻，而其中換擋拉線過(guò)孔、轉(zhuǎn)向過(guò)孔及空調(diào)管路過(guò)孔影響最為明顯。

3? ? 前圍總成聲學(xué)性能優(yōu)化

3.1? ?前圍總成隔聲性能優(yōu)化

依據(jù)功率流分析方法，可得出聲能量通過(guò)前圍各部位穿透的能力，聲能量傳透大的區(qū)域即影響前圍隔聲性能的主要區(qū)域，由此可得出對(duì)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(diào)高低壓管、制動(dòng)過(guò)孔、離合過(guò)孔對(duì)前圍隔聲貢獻(xiàn)最大，以600～3000Hz中頻段占優(yōu);前圍駕駛員腳踏處貢獻(xiàn)次之，在400Hz以上貢獻(xiàn)水平基本相當(dāng)，約16%左右，與聲學(xué)包隔聲及彎曲振動(dòng)均有關(guān)系;空調(diào)支架安裝處、左輪包處及空調(diào)漏水孔處貢獻(xiàn)再次之，主要表現(xiàn)在2500Hz以上高頻，貢獻(xiàn)約5%左右?；贑AD模型，對(duì)前圍隔聲性能影響的主要部位厚度分布及聲學(xué)包覆蓋定義（與圖5相同）CAE分析如圖14所示：

依據(jù)貢獻(xiàn)量排序，進(jìn)行前圍隔聲性能優(yōu)化，方案如表1示：

經(jīng)上述方案優(yōu)化后，前圍總成隔聲性能有了明顯提升，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求水平，如圖15所示：

3.2? ?前圍內(nèi)隔音墊輕量化優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn)聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)，在不影響前圍總成傳遞損失的基礎(chǔ)上，對(duì)前圍內(nèi)隔音墊進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，主要針對(duì)厚度分布進(jìn)行優(yōu)化。

基于功率流方法，對(duì)前圍內(nèi)隔音墊影響前圍總成隔聲性能的部位進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，列出貢獻(xiàn)最小的前8個(gè)區(qū)域如圖16所示：

由此得出對(duì)應(yīng)的內(nèi)前圍分布區(qū)域如圖17所示：

依據(jù)貢獻(xiàn)量排序，進(jìn)行前圍內(nèi)隔音墊厚度優(yōu)化如表2示。

實(shí)施此方案后，內(nèi)前圍減重約0.73kg。減重優(yōu)化后前圍總成隔聲性能衰減水平如圖18所示。

對(duì)以上部位前圍內(nèi)隔音墊下軟層厚度進(jìn)行減

薄優(yōu)化后，前圍總成隔聲量略有降低，主要表現(xiàn)在400～630Hz中頻帶，高頻衰減很小，基本無(wú)影響。整體影響很小，滿足設(shè)計(jì)要求。

4? ? 結(jié)論

本文對(duì)車身主要聲學(xué)包件——前圍內(nèi)隔音墊進(jìn)行了隔聲性能試驗(yàn)與仿真分析，研究了內(nèi)前圍覆蓋率與過(guò)孔隔聲對(duì)前圍總成隔聲性能的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了性能提升優(yōu)化及輕量化研究?；诒疚姆治?，可得出一些結(jié)論如下：

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

（2）在聲學(xué)包設(shè)計(jì)前期可基于功率流方法，有針對(duì)性的對(duì)隔聲薄弱區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化處理，同時(shí)也可將影響前圍總成隔聲較小的區(qū)域進(jìn)行減重降本設(shè)計(jì)，從而達(dá)到性能與重量的雙贏。

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