乘用車聲學包設計

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注的核心[1]。降低車內噪聲，改善座艙環境是全球汽車主機廠及供應商所急于解決的問題[2]。近年來，國內的大部分主機廠在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NVH零部件的廠家以往主要以制造產品為主，主機廠的同步開發能力普遍較差，可提供的同步開發研究手段和分析方法并不多，受國際通行的同步開發、模塊化供應和系統供貨等配套方式的影響，零部件廠家已經意識到了參與主機廠NVH前期設計和匹配開發的重要性。文章簡要介紹了汽車聲學包設計的基本流程和主要方法，應用網絡診斷計算方法和聲學仿真分析軟件開發出整車聲學件的目標值，再根據NVH數據庫（主機廠和NVH零部件廠自身創建）匹配目標值得到聲學件方案，最終通過優化方案對實車的NVH性能進行優化整改，完成聲學包項目的開發。

1 聲學設計

目前，聲學設計與整車同步開發，首先是根據一個或多個標桿車型駕乘主觀評價和道路測試車內/車外噪聲目標值，然后通過仿真計算設定目標值，最后在數據庫中選擇進行目標匹配，使整車性能平衡。與整車同步開發的聲學設計開發步驟包括診斷計算、仿真分析及方案優化，這3個步驟是每個車型聲學設計必須進行的。

1.1 網絡診斷計算

車輛聲學網絡診斷計算是將駕駛員對整車噪聲的感受、相互作用和駕駛經歷的體驗結合起來，是最大限度地提升駕駛性能的關鍵。開始聲學網絡診斷計算，首先需確認：必需與不需要的聲音；提供確切聲音信息給駕駛員的相應時間；有用的聲音在車內/外空間的定位。

聲學網絡診斷計算通過4個基本進化步驟（噪聲源進化、環境進化、空間進化和傳遞進化），能夠與車身安全及熱管理系統開發保持同步，連續地對整車NVH性能進行改進，這4個開發步驟在聲學網絡診斷計算開發的不同階段都會發生，如圖1所示。對于一個成功設計的新車型，以上每個步驟都要進行。由于不同單元之間的相互影響，全部網絡診斷計算設計工作需要作為一個整體來加以考慮。

網絡診斷計算是利用標桿車型進行聲功率、傳遞函數及混響時間等的測量，并利用SEA[4]系統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）利用校準聲源測量系統（腔體）聲功率。使用功率替代法，用一組麥克風直接測量聲功率，其測量示意圖，如圖2所示。

2）測試工作狀態下的近場聲功率，并結合步驟1）計算工作狀態下每個零部件的聲功率。其測量示意圖，如圖3所示。

3）利用校準聲源測量傳遞函數。其測量示意圖，如圖4所示。

4）按圖5所示測量系統的混響時間，并利用式（1）計算系統阻尼損失因子。

式中：η——阻尼損失因子；

ω——傳遞函數；

t——系統混響時間，s。

1.2 數據處理

網絡診斷計算完成后，利用聲學軟件對數據進行處理，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/薄弱區域成像。處理結果示意圖，如圖6所示，圖6中紅色部分為薄弱區域成像。

根據處理結果，利用聲學包數據庫（一般主機廠和NVH零部件廠均有自己的聲學包數據庫）進行目標值匹配，確定聲學件的開發方案。

2 方案優化

聲學包設計完成進入實車階段后仍需要進行實車的NVH測試，當測試結果與標桿車型差距明顯或有明顯的缺陷時，需要進行NVH的優化處理。

2.1 薄弱部位處理

某車型實車測試結果（經網絡診斷計算處理得到薄弱區域成像）發現存在局部的隔聲效果薄弱部位。此時在聲學包數據庫中利用聲學軟件再次進行目標值匹配，得到優化方案后進行實物整改，采用重涂層（EPDM）來增強薄弱區域的隔聲能力，同時用聲學性能更好的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，發現局部薄弱部位的傳遞損失得到改善，如圖8所示，系統整體NVH性能得到提高。

2.2 整車目標匹配

某車型的車內語言清晰度和噪聲量測試結果，如圖9所示，該車語言清晰度比標桿車型低了20%，比最低的目標值還低了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。

為了達到標桿車型的性能，將整車聲學包目標性能重新布置，再將調整后的目標值進行數據庫匹配，更新整車聲學件方案，調整后的實車測試結果，如圖10所示。

從圖10可以看出，整車NVH性能優于或至少與標桿車型相等，且并無性能過設計現象。

除了上述2種優化方式外，還可通過降低噪聲聲源來調整聲功率的目標值。這些優化處理都是為了彌補整車聲學包設計的缺陷，提高整車NVH性能，是整車聲學設計的必要步驟。

3 結論

國內自主品牌汽車的NVH設計基本上都是通過與標桿車的聲學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。文章通過聲學網絡診斷計算法進行汽車NVH的正向開發，較之前簡單的聲學零部件對比開發更加合理，利用聲學數據庫及控制體系能夠對整車NVH目標性能進行優化配置，避免設計缺陷和過剩的現象產生。為保證汽車NVH的正向開發，應進行大量聲學零部件性能的收集，建立完善的聲學包數據庫，同時應健全更加合理的控制體系去調控整車NVH目標。

文章為國內汽車NVH設計提供了新的思路，國內研究人員在學習國外先進技術的同時應注重創新，創建更佳的正向開發流程，從而使國內的汽車NVH技術能夠達到國際領先水平。