某电动汽车真空泵辐射噪声隔声罩优化分析

史继霞 于淼 邓建交 安孝文 赵伟

史继霞

毕业于吉林大学机械学院，工学硕士学历，现就职于中国第一汽车集团有限公司研发总院，任高级工程师，主要研究方向：汽车振动与噪声、NVH仿真分析。

摘要：某电动车定置ready状态，踩踏制动踏板后，车内有明显真空泵的阶次噪声。为解决该阶次噪声，采用隔声罩结构以降低车内阶次噪声。由于隔声罩结构涉及随形、散热、隔声效率等方面的要求，本文运用边界元方法进行结构优化及隔声分析，按照优化分析方法设计相应的隔声罩，实车验证结果，车内阶次噪声消失，达到了降噪目的。

关键词：电动汽车;隔声罩;边界元;結构优化;CAE;辐射噪声

中图分类号：TU112.59+5 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（ 2021） 06-0043-04 Resolution of Vacuum Pump Noise Issue for an Electric Vehicle

SHI Jj_xia l.2， YU Miao l.2， DENG Jian-jiao"2， AN Xiao_wen 1.2， ZHAO Wei1.2

（ 1.China First Automobile Group Co.， Ltd. Chang Chun 130011， China

2.Automobile Vibration and Noise &Safety control Chang Chun 130011， China）

Abstract： When the brake pedal is pressed in the "ready" status，a noise issue surfacesduring the design verification of an electric vehicle program. It is determined that the issue isoriginated from the order noise of the vacuum pump. In order to resolve the issue， an acousticenclosure for the vacuum pump is proposed. The designed enclosure should reduce the noiseto meet the NVH target， and in the meantime must satisfy the requirements of package andheat dissipation. This work uses the boundary element method to optimize the structure andevaluate the efficiency of the sound reduction. Based on the results of the analysis， the designof the enclosure is carried out. After the implementation of the enclosure， the noise issue inthe vehicle is resolved successfully.

Key Words： Electric Vehicle; Acoustical Enclosure; Bem; Structural Optimization; CAE;Radiated Noise

纯电动汽车是未来汽车发展的趋势，相比传统车在振动噪声方面存在较大差异。由于没有发动机噪声的掩蔽效应，真空泵等电器附件的振动噪声在静置时非常明显，影响驾乘舒适度，引起用户抱怨，因此研究如何控制真空泵的振动噪卢尤其重要。

控制噪声的途径主要是对源一路径一响应的控制[2]。对于真空泵本身噪声，增加叶片、旋转器和泵环的制造精度和润滑水平，增加泵本体隔声零件的材料密度、阻尼，合理优化前置消音器，提升电机转速稳定性等措施可降低本身噪声[1]。但从整车NVH控制和产品开发的角度考虑，若未能在前期选型阶段选出满足要求的真空泵，后期会因控制该噪声，而增加成本、周期，甚至为某些方案妥协，而影响车辆性能[3]。

对于真空泵传递路径的控制，常常使用隔声罩，是噪声控制设计中最常用的隔声部件，能减少声源向周围的声辐射。本文运用边界元方法进行隔声罩结构优化及隔声分析，按照优化分析方法设计相应的隔声罩，实车验证结果，车内阶次噪声消失，达到了降噪目的[4-5]。

1 隔声罩隔声原理

结构隔声原理如图1所示，入射声波到达结构表面，一部分反射回去，一部分被内部结构吸收转化为热能，其余部分透射过去。根据质量定律，声波垂直入射时，隔声量TL可以利用公式（1）来计算：

TL= lOlog

（1）

式中：W为圆频率，单位：Hz;m为单位面积重量，单位：kg/m2;p为空气密度，单位：kg/m3，（空气密度采用室温、标准大气压下的值作为参考值：1.22skg/m3）;c为声速，单位m/s（声速采用室温、标准大气压下的值作为参考值：340ni/s）;f声音频率，单位：Hz。

当声波随机入射到结构面上时，其隔声量TL（见公式2）为：

T/=

（2）

隔声量表示隔声罩本身固有的隔声能力，通常在符合规范要求的实验室测定。不具备实验条件时，可以通过计算辐射噪声与试验结果的对比来验证模型的准确性。

2 问题来源分析

某电动车置于整车半消声室内，定置状态，驾驶员深踩制动踏板，直至真空泵开始工作，驾驶舱内有明显真空泵啸叫噪声，声品质差，主观评价不可接受。通过试验采集车内噪声，并进行频谱分析，发动机舱内和驾驶舱内噪声频谱

从图2中可以看到驾驶舱内600Hz和1200Hz的窄带噪声非常突出。经拆解发现该真空泵采用8叶片、双腔的叶片模式，当叶片旋转时，基频激励引起8阶噪声。分析图2频谱结果可知驾驶舱内噪声主要是真空泵的一阶和二阶激励引起，也就是600Hz和1200Hz的窄带噪声，该噪声主观评价时不可接受，必须解决。从控制噪声的途径：源一路径一响应一一考虑，由于该电动车已上市，真空泵已选定，若控制该噪声源泵体噪声，无论是更改结构或重新选择泵都会大幅增加成本和周期，不满足生产要求。从传递路径考虑，真空泵噪声主要通过隔声罩、前围传递到驾驶舱，前围的结构优化与试制成本高，周期长，综合考虑周期与成本等问题，对该隔声罩进行优化控制。若通过试验进行隔声罩结构试制，试验验证周期长，成本高。通过CAE计算分析手段可快速优化隔声罩结构，节约开发时间和成本。

本文利用西门子Simcenter 3D软件中Acoustics模块的边界元法进行辐射噪声计算，基本思想是将实际的结构进行离散并满足相应的边界条件、初始条件和物理方程，把区域内的微分方程变为边界上的积分方程，将边界积分方程所定义的控制方程差值离散进行求解。用数值分析方法计算噪声辐射，最突出的优点是不受隔声结构的几何形状和材料特性限制，求得各场点的声压问题[4-5]。

综上，利用CAE手段进行真空泵隔声罩辐射噪声计算与优化是有效解决该问题的途径。

3 仿真计算

3.1 模型建立

真空泵与隔声罩实际布置见图3。建模时不考虑隔声罩周边其他部件对辐射噪声的影响。

利用软件建立单层隔声罩2维模型。将该噪声源简化为点声源，声源位于泵体上部三分之一处。点声源声压利用试验测得的结果，测量点为真空泵近场，频谱见图2。

隔声罩内部敷有隔音材料，计算时考虑到隔音材料的影响，需要其阻抗数据，阻抗特性利用阻抗管法在试验室测得，试验数据见图4。

真空泵噪声向车内传递时由于有发动机舱、驾驶舱等的影响，在优化隔声罩结构时，主要考虑解决600Hz噪声问题，进行真空泵周围一米远场点的噪声计算，隔声罩结构优化以达到场点声压最小，真空泵、隔声罩及场点计算模型见图5。

3.2 计算结果

图6为真空泵计算场点声压与车内测量声压的频谱对比，图中主要阶次频率吻合很好，有很好的相关性，认为计算有较高的可行性，可通过优化隔声罩结构来达到降低600Hz噪声的目的。

图7为真空泵本体噪声与Im远场点噪声频谱结果对比，从图中可看出在使用隔声罩后辐射噪声在整个频率段上均有不同程度的减小，但是600Hz与1200Hz频率噪声依然很明显，尤其是600Hz峰值未明显减小。

3.3 优化后隔声罩计算分析

研究表明，圆柱形或曲面结构相比方形结构，因其较好的结构刚度，往往具有更好的低频隔声特性[2]。并且方形平行罩壁，更有可能在空腔内形成驻波效应，使隔声量在某频率范围内出现低谷。

同时为压缩隔声罩体积，降低噪声辐射面积，其形状应与该声源装置的轮廓相似，尽可能贴近声源表面，但要同时满足检修监测方便、通风良好等的要求。

由于实车该隔声罩覆盖率仅为60%，隔声效果不能满足要求，需对隔声罩进行结构优化。因为隔声罩离声源本体越近越好，圆柱体比长方体隔音效果要好，综合通风与线束因素考虑，新设计隔声罩结构如图8所示。

对该结构隔声罩结构采用边界元法进行辐射噪声计算，场点声压级与真空泵本体噪声声压级对比结果见图9，声源声压级、原隔声罩场点声压级、优化后隔声罩场点声压级结果对比结果见图10。如图所示，600Hz附近噪声显著降低，满足工程要求。

3.4 试验验证

优化方案试制件装车试验，车内噪声频谱如图11所示。优化后隔声罩相较于原状态，600Hz和1200Hz噪声分别下降8dB （A）、12 dB（ A）。1200Hz噪声下降更明显的原因是仿真计算分析时未考虑实车防火墙等隔吸声材料的影响，实车测量时隔吸声材料对高频段噪声作用更大，1200Hz噪声下降更明显。优化方案试制件装车后主观评价车内真空泵噪声较为低沉，在整车半消声室内能察觉轻微噪声，室外环境下无法察觉该噪声。达到优化目标，满足NVH性能开发要求。

4 结束语

对某电动汽车真空泵噪声进行测试分析，车内有明显的600Hz噪声，为真空泵工作时的一阶噪声，主观评价不可接受。通过原车隔声罩试验分析，车内600Hz噪声隔离效果不明显，需要对隔声罩进行结构优化。

通过隔声罩结构和参数优化，有效隔離并降低了真空泵600Hz的辐射噪声，车内一阶噪声降低8dB （A）。主观评价车内噪声得到明显改变，优化方案和结果得到采用。

利用边界元法可快速诊断分析结构的辐射噪声，对隔声罩的优化设计，控制结构的辐射噪声，快速诊断产品噪声问题，节约增效具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]新能源汽车：尹治国.纯电动物流车的真空泵噪音解决方案[A].2018年第7期，16-19.

[2]振动与噪声控制：廉晶晶，张杰，杨柳青，等电动车制动真空泵对车内噪声影响机制分析[J].2019 39（2）：110 -117.

[3]1ntemational Journal of Vehicle Noise and Vibration：NASR M. Noise signatures of brake vacuum boosterand their acoustic treatment[J]. 2011， （7）：51-67.

[4]汽车技术：袁正萍等，动力总成隔声罩对车外噪声影响仿真分析[A].2018年.

[5]学位论文：李娜.小型发电机组隔声罩隔声性能分析与结构优化[D].天津：天津大学，2013年.

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康润程

襄阳达安汽车检测中心有限公司

NVH专业副总师 研究员级高级工程师

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