汽车前围总成隔声性能分析及优化

侯兆平 付年 邓江华x 刘任权

摘  要：针对某新开发车型前围总成声学包性能进行分析，采用统计能量方法研究了内外前围不同定义（厚度分布、覆盖率等）及过孔部件（线束、转向、空调、离合、制动等）对前围总成隔声性能的影响，对分析中存在的声学包风险点进行了优化，确保了总成性能满足设计要求。在此基础上，通过声学包区域贡献量分析方法对前围隔音垫进行了减重优化。最后，借助试验手段对前围隔音垫总成隔声性能进行了验证。通过本文分析可知，在声学包设计初期，通过进行声学包声学性能的仿真分析及优化，可确保后期声学包性能满足设计水平要求，同时避免了后期设计及模具修改的风险。

关键词：声学包;贡献量分析;轻量化设计;隔声性能

中图分类号：U462.3+5    文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2019）02-0034-06

前言

前围总成主要包括前隔板总成与装配其上的内外前围隔音垫内饰件。前隔板总成是车身主要结构件之一，主要功能是作为空调暖风机总成、线束、离合/制动/加速踏板等的载体，同时与装配其上的内外前围件及过孔上的橡胶孔塞一起起到吸隔声的作用。其中，前围内隔音垫是整车声学包中主要的部件之一[1]。前围总成隔声性能的优劣直接决定了前舱动力总成噪声向车内的传递状态，进而影响车内噪声水平。但前围总成上由于过孔的存在和钣金件附件安装及结构形式的限制，不可避免的存在泄漏、 前围内隔音垫贴合不严及覆盖率不足等问题，而这些缺陷的存在将大大影响前围总成的隔声水平，尤其在高频时的隔声损失更为严重[2～5]。

本文以某新开发车型为研究对象，通过仿真手段对前围隔声性能进行了分析评估，着重研究了设计中存在的过孔隔声、前围厚度分布、覆盖率、泄漏等问题对前围总成隔声性能的影响，并提出了对应的优化方案，使其隔声性能达到设计要求。同时，基于声学包区域灵敏度分析，对前围厚度进行了优化，实现了减重设计。最后，通过前围总成隔声试验对优化分析方案进行了验证，取得较为理想的效果。

1    前围总成隔声性能仿真分析

在数模阶段进行前围总成隔声性能分析，可对设计状态声学性能水平进行有效评估，对前围总成各部件可能存在的设计风险进行预测，并及时做出有效的设计优化方案。

1.1   前隔板总成隔声性能仿真分析

前隔板总成自身隔声性能的优劣直接决定了总成的声学性能。在数模设计阶段，对开发车型前隔板总成隔声性能进行分析，以评估其在中高频段隔声水平，并对可能存在的设计风险进行预估，包括：

鈑金搭接可能存在的密封风险;

前隔板总成局部加强板对其隔声性能影响（如三踏板处加强板安装）

采用基于统计能量分析方法，建立分析模型如图1所示：

通过进行前隔板总成隔声性能分析，获得400～8000Hz隔声水平曲线如图2所示：

由图2可知，前围钣金在4000Hz以上隔声性能存在衰减风险，应与当前钣金结构设计有关，需关注三踏板支架结构形式优化、离合与制动过孔开孔直径优化、支架周边涂设密封胶处理等。

1.2   前隔板总成隔声性能试验验证

为了验证前隔板隔声仿真分析模型的精度，进行了前隔板隔声性能试验。试验采用半消声室+混响室方法。前围钣金测试需对存在开孔的地方使用周边同厚度钣金替代，同时完全密封，如图3所示，得到的测试数据与仿真分析对比如图4所示：

由图4可知，前隔板隔声性能测试值与仿真结果总体趋势一致，且误差均可控制在2dB以内，说明当前进行仿真分析所有SEA模型精度满足要求。

1.3   前围内隔音垫隔声性能仿真分析

前围内隔音垫作为整车声学包中最重要的隔声部件，贴附于前隔板总成上，用于隔绝动力总成噪声向车内的透射，其结构为硬层EVA+软层PU。前围内隔音垫自身隔声性能的优劣直接决定了前围总成的隔声性能。基于前围内隔音垫厚度分布（图3），建立前围内隔音垫覆盖前隔板的SEA模型。分析中未考虑过孔隔声及前围覆盖率对前围总成隔声性能的影响。

在此前围内隔音垫定义下，可得出前围内隔音垫的插入损失如图6所示：

由图可知，内前围自身隔声性能较优，均可满足目标水平要求。

2    前围总成隔声影响因素分析

前围总成隔声性能除与前隔板、前围内隔音垫等相关外，前围的覆盖率、过孔隔声性能等也对前围总成隔声性能有着重要的影响。基于此，分别研究了前围覆盖率与过孔隔声对前围总成隔声的影响。

2.1   前围覆盖率影响

依据前围CAD数模，可计算得出前围不同区域覆盖水平，当前前围覆盖定义如图7所示。在此覆盖定义情况下，不考虑过孔隔声的影响，防火墙总成隔声性能如图8所示：

由图8可知，当考虑前隔板覆盖率影响后，前围总成隔声性能明显降低，在4000Hz以上高频，覆盖率对前围总成隔声性能的衰减达到近30dB。

2.2   过孔影响

过孔自身的隔声性能也是前围总成隔声性能的主要影响因素之一。通过试验方法确定各过孔隔声性能水平，并结合CAE手段进行各过孔对前围总成隔声贡献量分析。

2.2.1 过孔隔声性能分析

封堵所有过孔，使过孔对前围总成隔声无明显影响，整体达到趋于理想化的隔声水平（图9）。在此基础上单独安装过孔零部件进行试验分析。

基于试验结果与仿真分析，得出当前样件过孔自身隔声性能[1]，如图10所示：

2.2.2 过孔隔声贡献分析

在考虑前围覆盖率的同时，增加过孔隔声定义，进行前围总成隔声性能分析，前围总成在不同状态下的隔声性能如图11所示：

由图11可知，在前围考虑内前围覆盖基础上，增加过孔隔声性能影响，前围总成隔声性能进一步下降，仅较前隔板总成本体隔声性能高10dB左右，前围总成隔声性能衰减严重。其中不同过孔件对前围隔声性能的贡献分析如图12所示：

由图10可知，过孔隔声对前围总成的影响主要表现在2000Hz以上高频，而其中换挡拉线过孔、转向过孔及空调管路过孔影响最为明显。

3    前围总成声学性能优化

3.1   前围总成隔声性能优化

依据功率流分析方法，可得出声能量通过前围各部位穿透的能力，声能量传透大的区域即影响前围隔声性能的主要区域，由此可得出对前围总成隔声性能影响最大的8处位置，如图13所示：

由图可知，空调高低压管、制动过孔、离合过孔对前围隔声贡献最大，以600～3000Hz中频段占优;前围驾驶员脚踏处贡献次之，在400Hz以上贡献水平基本相当，约16%左右，与声学包隔声及弯曲振动均有关系;空调支架安装处、左轮包处及空调漏水孔处贡献再次之，主要表现在2500Hz以上高频，贡献约5%左右。基于CAD模型，对前围隔声性能影响的主要部位厚度分布及声学包覆盖定义（与图5相同）CAE分析如图14所示：

依据贡献量排序，进行前围隔声性能优化，方案如表1示：

经上述方案优化后，前围总成隔声性能有了明显提升，基本达到设计要求水平，如图15所示：

3.2   前围内隔音垫轻量化优化

为实现声学包轻量化设计，在不影响前围总成传递损失的基础上，对前围内隔音垫进行了轻量化设计，主要针对厚度分布进行优化。

基于功率流方法，对前围内隔音垫影响前围总成隔声性能的部位进行贡献量分析，列出贡献最小的前8个区域如图16所示：

由此得出對应的内前围分布区域如图17所示：

依据贡献量排序，进行前围内隔音垫厚度优化如表2示。

实施此方案后，内前围减重约0.73kg。减重优化后前围总成隔声性能衰减水平如图18所示。

对以上部位前围内隔音垫下软层厚度进行减

薄优化后，前围总成隔声量略有降低，主要表现在400～630Hz中频带，高频衰减很小，基本无影响。整体影响很小，满足设计要求。

4    结论

本文对车身主要声学包件——前围内隔音垫进行了隔声性能试验与仿真分析，研究了内前围覆盖率与过孔隔声对前围总成隔声性能的影响，并在此基础上进行了性能提升优化及轻量化研究。基于本文分析，可得出一些结论如下：

（1）前围总成覆盖率与过孔的隔声性能直接决定了前围总成的隔声水平，对过孔件隔声性能的控制至关重要;

（2）在声学包设计前期可基于功率流方法，有针对性的对隔声薄弱区域进行强化处理，同时也可将影响前围总成隔声较小的区域进行减重降本设计，从而达到性能与重量的双赢。

参考文献：

[1]邓江华. 前围总成特性对汽车声学包性能影响[J]. 噪声与振动控制. 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]庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015.269-274.

[5]邓江华，宋俊，李灿，等.乘用车声学包设计开发与优化技术研究[J].声学技术.2015，34（4）： 353～357.