孟 姝

轎車衣帽架鈑金處聲學包的優(yōu)化設計

孟 姝

（沃爾沃汽車技術（上海）有限公司，上海 201800）

目前，汽車的NVH性能受到越來越多消費者的關注，而電動汽車的蓬勃發(fā)展也為NVH性能設計帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是高頻噪聲帶來的挑戰(zhàn)。因此，應對高頻噪聲的聲學包的優(yōu)化設計便尤為重要。文章通過對某三廂電動車進行路試評價，得到后排乘客抱怨來自衣帽架處的高頻噪聲的結論，進而進行了密封測試，傳遞函數測試以及對噪聲路徑進行分析優(yōu)化設計。結果表明，若要降低來自衣帽架處的高頻噪聲，首先要密封住車內噪聲傳遞路徑上多余的孔洞，其次要減小必要的總開孔面積。最后在布置空調通風孔位置時，提出優(yōu)化設計噪聲路徑，使噪聲在吸音棉上的有效路徑最長來達到優(yōu)化聲學包的目的。

電動汽車；聲學包；衣帽架鈑金；空調通風孔

引言

汽車聲學包（sound pack）的優(yōu)化設計對降低車內中高頻空氣傳播噪聲，提升整車NVH性能具有重要的作用。汽車聲學包優(yōu)化設計已成為整車NVH設計的重要環(huán)節(jié)，并受到汽車廠商的高度重視[1]。同時，隨著電動汽車的大力推廣，電動汽車NVH性能的設計面臨著新的挑戰(zhàn)，燃油汽車發(fā)動機噪聲的遮蔽效應可以掩蓋住車內部分噪聲，而取消傳統(tǒng)發(fā)動機后，電動汽車的中高頻噪聲便更為凸顯。不同于傳統(tǒng)燃油汽車聲學包的設計研究，如文獻[2-3]著重研究談論了汽車的隔聲性能，尤其是前圍防火墻處的隔聲性能，通過仿真和實驗的手段進行探討，通過不斷優(yōu)化提升其隔聲性能，再如文獻[4]分析研究了在前圍防火墻隔音墊上另加吸音棉來提升針對發(fā)動機的聲學包性能。

取消了發(fā)動機后，電動汽車聲學包的主要噪聲源也從發(fā)動機轉移到了胎噪。高頻胎噪的形成：輪胎花紋與路面形成空腔，當輪胎滾動時，小空腔的氣體受到壓縮突然向大氣中噴出；當輪胎滾離地面時受壓縮的花紋膠條又重新舒展，使空腔容積增大而形成一定的真空度將空氣吸入[5]。

因此，基于不同燃油汽車的噪聲源頻率和傳播特性，電動汽車則更傾向于以吸音為主的聲學包設計，吸聲是指當聲波在傳播中通過媒質時或入射到分界面時造成能量損失的過程。材料吸聲的主要原理就是將聲波中的能量轉化為熱能或者機械能，從而降低聲能，起到吸收聲音的作用[6]。

本文將介紹從汽車尾部排風口處的高頻胎噪傳遞到乘員人耳的路徑，并提出衣帽架鈑金處的聲學包優(yōu)化設計方案，從而達到降低人耳處高頻胎噪的目的。

1 高頻胎噪傳遞路徑分析

眾所周知，高頻胎噪傳遞到車內的路徑可分為通過門玻璃或者鈑金的隔聲傳播和通過車身或者車門上的縫隙進行泄露傳播。本論文將介紹高頻路噪通過的“特殊縫隙”傳播到車內，從車輛的兩個后輪附近的空調排風口進入到車內，空調排風口用于車內空氣的流通，是必須開的孔洞。因此空調排風口同時也是外部噪聲進入車內的通道，尤其聲源是輪胎引起的高頻噪聲。此高頻噪聲直接通過空調排風口進入到車內，流經后輪輪罩板鈑金及其內飾件之間，進而進入到行李箱內（針對三廂車而言），再通過衣帽架鈑金的空調通風口進入到乘員艙內。本文將著重分析高頻路噪通過空調排風口進入到車內的傳遞路徑，基于設計聲學包時需要考慮沿噪聲路徑布置足夠多的吸音棉的原理，提出此路徑下的聲學包設計優(yōu)化方案。

2 測試分析

本文從實際出發(fā)，根據駕評中乘客抱怨，某汽車后排存在來自后方衣帽架的高頻噪聲，對該汽車進行實車分析。通過觀察發(fā)現該車衣帽架鈑金連接處存在較多孔洞，基于文獻[6-7]介紹了密封性對整車NVH的影響，考慮到噪聲可能通過鈑金連接處的孔洞傳播到乘員艙，于是采用密封材料將部分孔洞堵住，效果如圖1所示，并通過實驗對比密封孔洞前后的影響。為了模擬實際情況，參考文獻[8]中TPNR的測試方法，考察高頻路噪對此處密封性能的影響，將高頻體積聲源（圖2）布置到后輪輪胎附近，聲學麥克封布置到左后排人耳位置，進行測量，對比衣帽架鈑金處有孔洞和無孔洞狀態(tài)下高頻噪聲的傳遞特性，結果如圖3所示。

圖1 衣帽架鈑金密封后狀態(tài)

圖2 高頻體積聲源

圖3 衣帽架鈑金孔洞密封前后噪聲對比

從實驗結果來看，密封孔洞后噪聲的傳遞比沒有密封孔洞的噪聲傳遞要低很多，尤其在1 000 Hz左右，此處為人耳對噪聲非常敏感的頻率范圍，此處噪聲相差可達到3 dB。通過以上結果分析，判斷出孔洞對于高頻噪聲的傳播極其重要。而較小的孔洞便有如此大的貢獻，因此，考慮到衣帽架鈑金上必須留出的面積較大的孔洞，空調通風口，其必然對高頻噪聲的傳遞特性有較大的影響，需要合理優(yōu)化設計空調出風口的空氣傳播路徑，也即使噪聲盡可能多地經過衣帽架鈑金上的吸音棉，從而達到降低噪聲的目的?；谏鲜龇治觯紤]通過試驗對比空調出風口的位置，將空調出風口造成的影響通過聲學包的優(yōu)化降到最低。

通常情況下，行李箱內噪聲傳遞到成員艙的路徑有三種，即空調通風口有如下三種布置位置，如圖4所示，第一種如圖4(a)，空調出風口布置在最靠近后排人耳的位置，理想的路徑如細箭頭所示，行李箱內的噪聲通過空調出風口進入到衣帽架鈑金和其內飾板之間的吸音棉內，讓噪聲通過足夠長的吸音棉到達后風擋底端，再通過后風擋下內飾件的通孔進入到乘員艙內。而這一設計的最大風險是座椅后方鎖扣連接點出現泄露，會導致部分噪聲直接從行李箱內傳遞到乘員艙內，如粗箭頭所示，不能經過吸音棉的位置。

第二種布置方式是將空調出風口布置在后風擋下面，這樣噪聲會從行李箱里面直接通過衣帽架傳遞到乘員艙內，衣帽架鈑金上平鋪的吸音棉便失去作用，除非在后部局部布置大量吸音棉來彌補，但這樣會影響到零件布置，因此這里不多加以分析考慮。第三種布置方式是將空調出風口布置在衣帽架鈑金中間的位置，這樣一部分噪聲向后排座椅方向流動，通過鎖扣縫隙進入到乘員艙，一部分噪聲向后擋風玻璃方向流動，從后風擋底端孔洞進入到乘員艙內，這樣行李箱內的噪聲均可以通過一定面積的吸音棉在進入到乘員艙，有效降低了高頻噪聲的傳播。

圖4 噪聲路徑設計的三種位置

基于以上三種傳遞路徑分析可知，在不改變整體總布置的情況下，只分析空調出風口的分布，設計實驗工況如下，將衣帽架鈑金前部和中部鉆開相同的面積孔洞，為了具體分析行李箱內噪聲到成員艙路徑的影響，將體積聲源布置在行李箱下飾板中間的位置，麥克風布置到左后排人耳處和左前排人耳處。試驗工作安排如下：

（1）密封前部孔洞，保持中間孔洞開啟狀態(tài)（結果如細實線所示）。

（2）密封中部孔洞，保持前部孔洞開啟狀態(tài)（結果如虛線所示）。

（3）密封所有孔洞（結果如點線所示）。

（4）保持所有孔洞開啟狀態(tài)（結果如雙點線所示）。

左后排麥克風測試的實驗結果如圖5所示，衣帽架鈑金上所有孔洞開啟狀態(tài)下的結果最差，而所有孔密封狀態(tài)下的結果最好，因此在條件允許的情況下，首先需要堵住所有不必要的孔洞，且考慮將衣帽架鈑金上通風孔的面積降到最?。粚τ谝旅奔馨褰鹕贤孜恢貌贾迷谇岸撕筒贾迷谥虚g的對比（細線和虛線），通孔位置布置在中間的效果要好于布置在前端（基于此車型的布置條件）。

圖5 行李箱內聲源到左后排麥克風傳遞結果

圖6 行李箱內聲源到左前耳麥克風傳遞結果

基于圖5得出的結論，進一步分析行李箱的噪聲對前排人耳處的影響，處理結果如圖6所示，空調出風口位置的布置不僅對后排人耳處的NVH性能有影響，對前排的NVH性能也有影響，但沒有后排明顯。由圖可知，空調出風口布置在衣帽架鈑金中間的位置要好于布置在前端的位置。因此，基于前后排噪聲的測試結果，建議衣帽架鈑金上空調出風口的位置布置在鈑金中間。

3 結論

本文由乘客的賀乘中具體問題出發(fā)，分析了高頻胎噪的傳遞路徑，著重研究了高頻胎噪從車后部空調排風口進入到車內的路徑，并且通過理論和試驗測試了空調通風口位置對高頻胎噪傳遞特性的影響，從而提出了衣帽架處聲學包的建議：

（1）對于衣帽架鈑金上空調出風口以外的孔洞一定要進行密封；

（2）盡量減少衣帽架鈑金上的通孔面積；

（3）空調出風口盡量布置在衣帽架鈑金中部位置，使噪聲有足夠長的路徑經過吸音棉，從而達到降低噪聲的目的。

[1] 龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2013:331-351.

[2] 張愛軍.前圍及過孔件隔聲性能對整車噪聲的影響分析[J].噪聲與振動控制,2019(10):133-137.

[3] 劉國杰.基于前圍隔音墊NVH性能的材料及結構優(yōu)化方案研究[J].汽車材料與涂裝, 2018(22):229-233.

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Sound Pack Optimization Design for Sedan Automobile Parcel Shelf Panel

MENG Shu

( Volvo Car Technology (Shanghai) Company, Shanghai 201800 )

At the moment, more and more customers pay attention to NVH performance in automobile. With the development of electric automobile, there is more challenge for NVH performance, especially for high frequency noise. So it is quite important for sound pack optimization in electric automobile. By evaluation of an electric sedan car on the road, there is a passenger complaint for rear seat high frequency noise, which comes from parcel shelf. Based on above information, it does tightness test and transfer test, and optimize noise path. Test result shows that in order to decrease high frequency noise, first, it needs to seal unnecessary holes on the path of noise transfer inside the car. Second, it needs to decrease necessary hole size on the parcel shelf. Finally, when arranging ventilation evacuation holes, it proposes to optimize and design air path to make noise path longest in absorption material.

Automobile; Sound pack; Parcel shelf panel; Ventilation evacuation holes

A

1671-7988(2022)01-65-04

U461.4

A

1671-7988(2022)01-65-04

CLC NO.: U461.4

孟姝（1987—），女，碩士，就職于沃爾沃汽車技術（上海）有限公司，研究方向：整車NVH 性能。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.015