電動汽車關(guān)鍵聲學(xué)包輕量化研究

劉秀影　韓鵬

摘要：電動汽車是目前新能源汽車中取得廣泛應(yīng)用的一種，本文結(jié)合當(dāng)前對電動汽車輕量化設(shè)計的需求，對電動汽車關(guān)鍵聲學(xué)包輕量化進(jìn)行了研究。在不影響電動汽車零部件聲學(xué)性能的前提下，通過仿真與試驗(yàn)的方式對汽車中的聲學(xué)包材料進(jìn)行優(yōu)化，使之在原有基礎(chǔ)上減輕了53%的重量。

關(guān)鍵詞：電動汽車;聲學(xué)包;輕量化

0? 引言

隨著國家對環(huán)保的要求提高，各大車企均主要發(fā)展電動車的開發(fā)，電動車取代燃油車成為一種必然趨勢[1]。但電動汽車由電池供電，因此其在續(xù)航上顯然不如傳統(tǒng)汽車。為了提升當(dāng)下電動汽車的續(xù)航與安全性，對汽車進(jìn)行輕量化，減少汽車自重產(chǎn)生的電耗成為了提升電動汽車?yán)m(xù)航的關(guān)鍵所在。而輕量化的前提是在保證電動汽車聲學(xué)部件的性能的前提下對其進(jìn)行減重，本文所使用的仿真與試驗(yàn)結(jié)合的方式對于減輕電動汽車聲學(xué)包的重量效果較好，期待能夠在其他新能源汽車研究上得到應(yīng)用。

前圍內(nèi)隔音墊是汽車聲學(xué)包的關(guān)鍵部件之一，其吸隔音性能影響著整車的聲學(xué)性能[2]。本文采用SEA方法分析前圍內(nèi)隔音墊輕量化，在不降低聲學(xué)性能的前提下，滿足電動車NVH要求的情況，對前圍內(nèi)隔音墊的材料進(jìn)行選擇，以達(dá)到降重降本的目的。

本文基于某車型的整車VTS對聲學(xué)內(nèi)飾件進(jìn)行目標(biāo)分解，獲得吸隔音目標(biāo)曲線，在滿足性能的前提下，對前圍內(nèi)隔音墊的減重要求和前圍內(nèi)隔音墊隔聲性能，對其進(jìn)行輕量化分析。結(jié)合理論、仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證前圍內(nèi)隔音墊的結(jié)構(gòu)、材料對前圍系統(tǒng)隔聲性能的影響，最終得到減重同時性能達(dá)標(biāo)的前圍內(nèi)隔音墊方案，并通過前圍系統(tǒng)隔聲量試驗(yàn)測試驗(yàn)證分析結(jié)果。此結(jié)論可為前圍系統(tǒng)設(shè)計及整車聲學(xué)包設(shè)計優(yōu)化提供指導(dǎo)與參考。

1? 聲學(xué)目標(biāo)分解

本文以某款電動車型為例，基于整車主要聲源水平及車內(nèi)VTS指標(biāo)進(jìn)行分解，科學(xué)的制定整車聲學(xué)包性能目標(biāo)，再依據(jù)獲得的整車ATF性能向下逐級分解到部件級及材料級聲學(xué)指標(biāo)。部件級目標(biāo)向材料級目標(biāo)的分解中，綜合考慮了內(nèi)飾覆蓋率與厚度分布的影響，并將其作為目標(biāo)設(shè)定的一部分，目標(biāo)分解思路如圖1。

2? 基于整車VTS獲得聲學(xué)目標(biāo)標(biāo)

排查優(yōu)化過程主要分成四個小階段，在明確整車VTS指標(biāo)前提下，首先，選取同類噪聲源（電機(jī)、輪胎），并進(jìn)行噪聲水平區(qū)間分析;其次，分析不同工況下主要噪聲源的貢獻(xiàn)比例（不同頻帶），作為后續(xù)分析中載荷定義的依據(jù);再次，在上基礎(chǔ)上選取代表性工況（較惡劣）;最后，通過不同工況下聲源-目標(biāo)的傳遞特性綜合得出整車ATF/NR目標(biāo)。

分析不同工況聲源分布及各主要聲源對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)水平，可得出各聲源至車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的聲音衰減量，即NR與ATF存在線性對應(yīng)關(guān)系，其僅與聲源側(cè)當(dāng)量吸聲面積相關(guān)，從而獲得前圍內(nèi)隔音墊的吸隔聲性能目標(biāo)。

3? 電動汽車聲學(xué)包性能分析

電動汽車中的噪音與傳統(tǒng)汽車不同，由于電機(jī)取代發(fā)動機(jī)，風(fēng)噪和路噪凸顯，主要包含更多的高頻噪音，因此在進(jìn)行電動汽車的聲學(xué)包輕量化工作時，消除其中的高頻噪音是取得較好研究效果的關(guān)鍵[3]。

3.1 輕量化結(jié)構(gòu)

內(nèi)前圍作為汽車中的主要隔音部件，常用材料結(jié)構(gòu)為“重層+軟層”這類結(jié)構(gòu)，但重層材料密度高，隔音性能較好，主要用于傳統(tǒng)燃油車，阻隔發(fā)動機(jī)噪聲，但對于電動車型，電機(jī)取代發(fā)動機(jī)，原有發(fā)動機(jī)背景噪音小時，電機(jī)的高頻噪音成分增加，需要通過優(yōu)化材料種類提高吸音性能。為此，我們將內(nèi)前圍的結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的“重層+軟層”改為“軟層+軟層”，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的內(nèi)前圍除隔聲性能較好，還具有較強(qiáng)的吸音性能，并且全部使用軟層還可以有效地減輕內(nèi)前圍的重量。（圖2）

3.2 效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證此方案是否滿足整車VTS指標(biāo)，對比原方案和輕量化方案的聲學(xué)性能，對前圍內(nèi)隔音墊實(shí)施輕量化方案后的車型進(jìn)行光滑路面勻速60km/h工況的車內(nèi)噪聲測試，提取駕駛員右耳聲壓級，測試結(jié)果如圖3。

由噪聲測試曲線對比可知，輕量化方案與原方案基本相當(dāng)，在630Hz-2000Hz頻段噪聲水平優(yōu)于原狀態(tài)，滿足整車VTS，說明輕量化方案可行。

4? 結(jié)論

前圍系統(tǒng)隔聲性能的優(yōu)劣將直接影響到車內(nèi)噪聲水平的高低，合理的輕量化設(shè)計，既可以降低重量，提高電動車?yán)m(xù)航，又可以提高車內(nèi)駕乘人員聲品質(zhì)。通過前述分析可得出如下結(jié)論：

①基于整車主要聲源水平及車內(nèi)VTS指標(biāo)進(jìn)行分解，科學(xué)的制定整車聲學(xué)包性能目標(biāo)，再依據(jù)獲得的整車ATF性能向下逐級分解到部件級及材料級聲學(xué)指標(biāo)，綜合考慮成本、重量和性能，來選擇適當(dāng)厚度和材料的前圍內(nèi)隔音墊，可以有效指導(dǎo)聲學(xué)包的前期設(shè)計。

②對于電動車型將內(nèi)前圍的結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的“重層+軟層”改為“軟層+軟層”，可以有效地減輕內(nèi)前圍的重量，優(yōu)化后的內(nèi)前圍除隔聲性能較好，還具有較強(qiáng)的吸音性能。

總之，通過聲學(xué)包目標(biāo)分解和仿真分析對前圍隔音墊材料進(jìn)行調(diào)整，提出了降重方案，在降低重量和成本的同時，提升了整車聲學(xué)性能，為電動車型的聲學(xué)包設(shè)計提供了有效的指導(dǎo)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉展寧.電動汽車的現(xiàn)狀及前景研究[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（12）：17.

[2]龐劍.汽車振動與噪聲理論與應(yīng)用[M].北京理工大學(xué)出版社，2006.

[3]康強(qiáng)，顧鵬云，李潔，等.電動汽車電驅(qū)動高頻嘯叫噪聲評價方法研究[J].汽車工程，2019（6）.

[4]宋韓龍.研究電動汽車串聯(lián)鋰電池組電量均衡及控制策略[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（24）：201-203.