電動汽車關鍵聲學包輕量化研究

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用的一種，本文結(jié)合當前對電動汽車輕量化設計的需求，對電動汽車關鍵聲學包輕量化進行了研究。在不影響電動汽車零部件聲學性能的前提下，通過仿真與試驗的方式對汽車中的聲學包材料進行優(yōu)化，使之在原有基礎上減輕了53%的重量。

關鍵詞：電動汽車;聲學包;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。為了提升當下電動汽車的續(xù)航與安全性，對汽車進行輕量化，減少汽車自重產(chǎn)生的電耗成為了提升電動汽車續(xù)航的關鍵所在。而輕量化的前提是在保證電動汽車聲學部件的性能的前提下對其進行減重，本文所使用的仿真與試驗結(jié)合的方式對于減輕電動汽車聲學包的重量效果較好，期待能夠在其他新能源汽車研究上得到應用。

前圍內(nèi)隔音墊是汽車聲學包的關鍵部件之一，其吸隔音性能影響著整車的聲學性能[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)隔音墊的材料進行選擇，以達到降重降本的目的。

本文基于某車型的整車VTS對聲學內(nèi)飾件進行目標分解，獲得吸隔音目標曲線，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，對其進行輕量化分析。結(jié)合理論、仿真分析、試驗驗證前圍內(nèi)隔音墊的結(jié)構、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標的前圍內(nèi)隔音墊方案，并通過前圍系統(tǒng)隔聲量試驗測試驗證分析結(jié)果。此結(jié)論可為前圍系統(tǒng)設計及整車聲學包設計優(yōu)化提供指導與參考。

1? 聲學目標分解

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指標進行分解，科學的制定整車聲學包性能目標，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指標。部件級目標向材料級目標的分解中，綜合考慮了內(nèi)飾覆蓋率與厚度分布的影響，并將其作為目標設定的一部分，目標分解思路如圖1。

2? 基于整車VTS獲得聲學目標標

排查優(yōu)化過程主要分成四個小階段，在明確整車VTS指標前提下，首先，選取同類噪聲源（電機、輪胎），并進行噪聲水平區(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，在上基礎上選取代表性工況（較惡劣）;最后，通過不同工況下聲源-目標的傳遞特性綜合得出整車ATF/NR目標。

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

3? 電動汽車聲學包性能分析

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

3.1 輕量化結(jié)構

內(nèi)前圍作為汽車中的主要隔音部件，常用材料結(jié)構為“重層+軟層”這類結(jié)構，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)動機噪聲，但對于電動車型，電機取代發(fā)動機，原有發(fā)動機背景噪音小時，電機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 效果驗證

為驗證此方案是否滿足整車VTS指標，對比原方案和輕量化方案的聲學性能，對前圍內(nèi)隔音墊實施輕量化方案后的車型進行光滑路面勻速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，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，合理的輕量化設計，既可以降低重量，提高電動車續(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指標進行分解，科學的制定整車聲學包性能目標，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指標，綜合考慮成本、重量和性能，來選擇適當厚度和材料的前圍內(nèi)隔音墊，可以有效指導聲學包的前期設計。

②對于電動車型將內(nèi)前圍的結(jié)構由傳統(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，還具有較強的吸音性能。

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

參考文獻：

[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用[M].北京理工大學出版社，2006.

[3]康強，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)燃機與配件，2019（24）：201-203.