基于串-并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法

摘要

本发明公开的一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，包括以下步骤：S1：平板材料隔吸声性能测试及数据库建设；S2：车身系统零部件选材及结构设计；S3：厚度分布及面积占比分析；S4：路径隔声性能的预测。本发明实现了车身系统隔声性能的预测，不仅能够准确评估出不同方案的效果，而且节约了大量的时间和经费。

权利要求

1.一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：平板材料隔吸声性能测试及数据库建设：

针对汽车车身所用到的金属材料、密封件、塑料及隔音垫材料，测试所有可能用到厚度平板样件的声传递损失和表面吸声系数，并建立隔吸声性能数据库；

S2：车身系统零部件选材及结构设计：

在车型项目开发的方案设计阶段，对车身所有零部件进行选材、结构设计和装配关系确定；

S3：厚度分布及面积占比分析：

对隔声路径上的车体钣金、隔音垫及内饰板按常用料的厚度规格进行厚度分布及面积统计分析，给出每种规格厚度所占面积及其相对于整个零部件的面积占比；针对内饰板声腔和乘员舱声腔，统计声腔内表面各零部件的厚度及其表面积；

S4：路径隔声性能预测：根据隔声路径上的车体钣金、隔音垫、内饰板、内饰板声腔及乘员舱声腔的所有零部件的选材、厚度分布及面积占比，分别计算出声传递损失STL1～STL5，其中，STL1表示车体钣金隔声造成的声传递损失，STL2表示隔音垫隔声造成的声传递损失，STL3表示内饰板吸声造成的声传递损失，STL4表示内饰板隔声造成的声传递损失,STL5表示乘员舱吸声造成的声传递损失；按照预测模型计算该隔声路径的噪声衰减量NR；其中，预测模型为：NR＝STL1+STL2+STL3+STL4+STL5。

2.根据权利要求1所述的基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其特征在于：所述S4中，STL1，STL2和STL4的计算公式如下：其中，i＝1,2,4；STLi,j和τi,j分别表示第i层隔声结构上第j种厚度规格平板材料的声传递损失及其面积对车体钣金总面积的覆盖率，即 其中ai,j表示该种厚度规格声学材料的面积，A1表示从发生舱到乘员舱之间的车体钣金总面积；j为正整数，j的具体数值由该层隔声结构上所用到的厚度规格多少来确定。

3.根据权利要求2所述的基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其特征在于：所述S4中，STL3和STL5的计算公式如下：其中，其中，k＝3,5；SAk表示内饰板声腔或乘员舱声腔中的总吸声量，即表示k声腔内所有声学零部件表面吸声量的总和；sak,l表示k声腔中第l个声学零部件的表面吸声量；αk,l表示k声腔中第l个声学零部件的表面吸声系数；Sk,l分别表示k声腔中第l个声学零部件的表面积。

4.根据权利要求1至3任一所述的基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其特征在于：所述金属材料包括普通钢和高强钢。

5.根据权利要求4所述的基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其特征在于：所述密封件包括橡胶和泡棉。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其特征在于：所述隔音垫材料包括单层棉毡、双层棉毡、EVA+棉毡、EVA+PU发泡、棉毡+EVA+纤维注塑棉毡。

说明书

基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及NVH控制技术领域，尤其涉及一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法。

背景技术

[0002] 汽车车内噪声主要是由动力传动系统、轮胎/路面及气流作用于车身产生，并穿过车身系统传递到人体及人耳的噪声。车身系统包括车体、声学包装件及内外饰板件等，是隔绝源头及外界噪声的关键传递路径，它们采用的设计技术方案(包括材料组分、结构尺寸、布置位置、装配关系和细节处理等等)是路径隔声设计的关键。对于不同的组合方案能达到的隔声性能，目前工程上一般依靠经验或通过统计能量分析(SEA)手段来预测，都存在精度不高的问题，无法准确指导车型项目开发前期的方案设计。如专利文献CN106979977A公开的一种汽车前围隔声性能预测方法和专利文献CN110285958A公开的一种汽车零部件隔声性能的测试方法，提出了一种基于声学材料平板件隔声性能及其厚度分布占比预测零部件单件隔声性能的方法，可以进行单独声学包装件的方案优劣判断和选择。但这些方法都均是针对单个零部件的隔声性能预测，未提出整车隔声性能的预测方法。

[0003] 因此，有必要开发一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法。

发明内容

[0004] 本发明提供一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，能实现车身系统隔声性能的预测。

[0005] 本发明所述的一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，包括以下步骤：

[0006] S1：平板材料隔吸声性能测试及数据库建设：

[0007] 针对汽车车身所用到的金属材料、密封件、塑料及隔音垫材料，测试所有可能用到厚度平板样件的声传递损失和表面吸声系数，并建立隔吸声性能数据库；

[0008] S2：车身系统零部件选材及结构设计：

[0009] 在车型项目开发的方案设计阶段，对车身所有零部件进行选材、结构设计和装配关系确定；

[0010] S3：厚度分布及面积占比分析：

[0011] 对隔声路径上的车体钣金、隔音垫及内饰板按常用料的厚度规格进行厚度分布及面积统计分析，给出每种规格厚度所占面积及其相对于整个零部件的面积占比；针对内饰板声腔和乘员舱声腔，统计声腔内表面各零部件的厚度及其表面积；

[0012] S4：路径隔声性能预测：根据隔声路径上的车体钣金、隔音垫、内饰板、内饰板声腔及乘员舱声腔的所有零部件的选材、厚度分布及面积占比，分别计算出声传递损失STL1～STL5，其中，STL1表示车体钣金隔声造成的声传递损失，STL2表示隔音垫隔声造成的声传递损失，STL3表示内饰板吸声造成的声传递损失，STL4表示内饰板隔声造成的声传递损失,STL5表示乘员舱吸声造成的声传递损失；按照预测模型计算该隔声路径的噪声衰减量NR；其中，预测模型为：

[0013] NR＝STL1+STL2+STL3+STL4+STL5。

[0014] 可选地，所述S4中，STL1，STL2和STL4的计算公式如下：

[0015]

[0016] 其中，i＝1,2,4；STLi,j和τi,j分别表示第i层隔声结构上第j种厚度规格平板材料的声传递损失及其面积对车体钣金总面积的覆盖率，即 其中ai,j表示该种厚度规格声学材料的面积，A1表示从发生舱到乘员舱之间的车体钣金总面积；j为正整数，j的具体数值由该层隔声结构上所用到的厚度规格多少来确定。

[0017] 可选地，所述S4中，STL3和STL5的计算公式如下：

[0018]

[0019] 其中，其中，k＝3,5；SAk表示内饰板声腔或乘员舱声腔中的总吸声量，即表示k声腔内所有声学零部件表面吸声量的总和；sak,l表示k声腔中第l个声学零部件的表面吸声量；αk,l表示k声腔中第l个声学零部件的表面吸声系数；Sk,l分别表示k声腔中第l个声学零部件的表面积。

[0020] 可选地，所述金属材料包括普通钢和高强钢。

[0021] 可选地，所述密封件包括橡胶和泡棉。

[0022] 可选地，所述隔音垫材料包括单层棉毡、双层棉毡、EVA+棉毡、EVA+PU发泡、棉毡+EVA+纤维注塑棉毡。

[0023] 本发明具有以下优点：本发明实现了车身系统隔声性能的高精度预测，能够准确评估车身系统设计方案的隔声效果。本预测方法能够有效指导车型项目开发前期的车身系统方案设计，预测其能达到的隔声性能并评估目标达成的风险。针对车身系统优化方案或多方案设计，能够直接预测并对比不同方案的隔声效果，指导车身系统技术方案的优化。应用本方法能够有效提升项目开发前期方案设计的精准性，降低后期设变概率，从而节约后期性能整改时间和经费。

附图说明

[0024] 图1为本实施例中车身系统隔声性能串‑并联等效预测基本原理图。

[0025] 图2为本实施例中车身系统主要隔声路径示意图；其中，1、车内噪声接收点，一般为座椅头枕的人耳位置；2、动力传动系统噪声源；3、排气噪声源；4、前轮胎噪声源；5、后轮胎噪声源。

[0026] 图3为本实施例中车身系统隔声性能预测流程图。

[0027] 图4为本实施例中机舱‑乘员舱路径车体钣金结构展开图，其中1‑1、左侧A立柱钣金，1‑4、右侧A立柱钣金，1‑8、第一线束过孔，1‑20、第二线束过孔，1‑22、第三线束过孔，1‑33、第四线束过孔，1‑2、前风窗加强板和压力室板区域钣金，1‑3、内外循环进风口；1‑9、左侧A立柱三角区域钣金，1‑19、右侧A立柱三角区域钣金，1‑10、第五线束过孔，1‑11、第一天窗水管过孔，1‑21、第二天窗水管过孔；1‑5、第一前壁板钣金单层钣金区域，1‑18、第二前壁板钣金单层钣金区域，1‑25、第三前壁板钣金单层钣金区域，1‑6、第一双层钣金区域，1‑7、第二双层钣金区域，1‑24、第三双层钣金区域，1‑26、第四双层钣金区域，1‑28、第五双层钣金区域，1‑30、第六双层钣金区域，1‑32、第七双层钣金区域，1‑12、离合主缸过孔，1‑13、真空助力泵过孔，1‑14、暖通水管过孔，1‑15、主线束过孔，1‑16、空调水管过孔，1‑17、工艺定位孔，1‑29、换挡拉索过孔，1‑31、空调水管过孔；1‑23、左A立柱与门槛搭接区域钣金，1‑34、右A立柱与门槛搭接区域钣金。

[0028] 图5为本实施例中机舱‑乘员舱路径隔音垫厚度分布示意图，其中，2‑1、2‑2、2‑3、2‑4、2‑5、2‑6、2‑7、2‑8、2‑9分别表示厚度区间为0～2.5mm、2.5～7.5mm、7.5～12.5mm、12.5～17.5mm、17.5～22.5mm、22.5～27.5mm、27.5～32.5mm、32.5～37.5mm、37.5～42.5mm的隔音垫区域。

[0029] 图6为本实施例中机舱‑乘员舱隔声性能预测与实测值对比图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0031] 本实施例中，一种基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，其基本原理如图1所示。从噪声源(其声功率级用SWL表示)到车内噪声(其声压级用SPL2表示)接收点的可以分为源端吸声、车体钣金隔声、隔音垫隔声、内饰板吸声、内饰板隔声及乘员舱吸声等，它们造成的声传递损失分别表示为STL0～STL5。在实际操作过程中，所述噪声源一般在用距离噪声源中心点一定距离处的声压级SPL1表示，它与噪声源声功率SWL的关系可以表示为：

[0032]

[0033] 其中，STL0即表示源端吸声造成的声传递损失，r表示声源监测点距离声源中心点的距离，R＝Sα/(1‑α)为发声舱声学常数，与发声舱的平均吸声系数α及表面积S有关，其中平均吸声系数α可以通过发声舱混响时间T60计算得到。从噪声源监测点到车内噪声接收点的噪声衰减量(NR)串联等效预测模型可以表示为：

[0034] NR＝SPL1‑SPL2＝STL1+STL2+STL3+STL4+STL5(2)；

[0035] 其中，STL1表示车体钣金(含密封件)隔声造成的声传递损失，STL2表示隔音垫隔声造成的声传递损失，STL3表示内饰板吸声造成的声传递损失，STL4表示内饰板隔声造成的声传递损失,STL5表示乘员舱吸声造成的声传递损失。

[0036] 起隔声作用的车体钣金(含密封件)、隔音垫或内饰板，通常由多种厚度规格的钢板(如0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.1mm、2.4mm等等)、橡胶(0.5～5mm)、声学复合材料(5～50mm)或者塑料板(2～4mm)组成。它们的声传递损失可以通过各种厚度规格平板件的声传递损失及其面积覆盖率来计算，它们可以用如下并联等效预测模型来表示：

[0037]

[0038] 其中，i＝1,2,4；STLi,j和τi,j分别表示第i层隔声结构上第j种厚度规格平板材料的声传递损失及其面积对车体钣金总面积的覆盖率，即 其中ai,j表示该种厚度规格声学材料的面积，A1表示从发生舱到乘员舱之间的车体钣金总面积；j为正整数，j的具体数值由该层隔声结构上所用到的厚度规格多少来确定。

[0039] 汽车内饰板通常安装在车体钣金的内侧，并与车内钣金形成内饰板声腔。内饰板声腔及乘员舱声腔的内表面通常会安装吸声材料，如吸音棉、织物顶盖内衬、绒面地毯、搁物板及座椅等，以对传递到声腔内的噪声起到衰减作用。因此，内饰板声腔及乘员舱声腔内吸声造成的声传递损失，均可以表示为：

[0040]

[0041] 其中，k＝3,5；SAk表示内饰板声腔或乘员舱声腔中的总吸声量，可以表示为声腔内所有声学零部件表面吸声量的总和，而每个声学零部件的吸声量均可以表示为其表面侧吸声系数与其表面积的乘积；sak,l表示k声腔中第l个声学零部件的表面吸声量；αk,l表示k声腔中第l个声学零部件的表面吸声系数；Sk,l分别表示k声腔中第l个声学零部件的表面积。

[0042] 不同厚度规格、不同材料组分的平板钣金、密封件、声学复合材料及内饰塑料板的声传递损失及表面吸声系数均可通过试验测试得到。在车型项目开发中，只要完成车体钣金(含密封件)、隔音垫、内饰板的结构方案设计和选材，就可以根据各零部件的选材、厚度分布及面积占比，按照按公式(3)和公式(4)分别计算其声传递损失STL1～STL5。最后，按照公式(2)的预测模型计算车身系统的噪声衰减量NR。

[0043] 本方法适用于汽车主要噪声源的隔声路径，如针对动力传统系统噪声和进气口噪声的机舱‑乘员舱隔声路径、针对排气噪声的排气尾口‑乘员舱隔声路径、针对轮胎噪声的左前/右前/左后/右后轮胎‑乘员舱隔声路径等等，如图2所示。

[0044] 针对所述每条隔声路径，其隔声性能的预测流程如图3所示，主要步骤如下：

[0045] S1：平板材料隔吸声性能测试及数据库建设：针对汽车车身所用到的金属材料(包括普通钢、高强钢等)、密封件(包括橡胶、泡棉等)、塑料(如PP塑料等)及隔音垫材料(如单层棉毡、双层棉毡、EVA+棉毡、EVA+PU发泡、棉毡+EVA+纤维注塑棉毡等)，测试所有可能用到厚度平板样件的声传递损失和表面吸声系数，并建立隔吸声性能数据库，以供车型设计开发时选用。

[0046] S2：车身系统零部件选材及结构设计：在车型项目开发的方案设计阶段，对车身所有零部件进行选材、结构设计和装配关系确定。

[0047] S3：厚度分布及面积占比分析。针对该隔声路径上的车体钣金(含密封件)、隔音垫及内饰板按常用厚度规格进行厚度分布及面积统计分析，给出每种规格厚度所占面积及其相对于整个零部件的面积占比。针对内饰板声腔和乘员舱声腔，统计声腔内表面各零部件的厚度及其表面积，如某一具体实例，如表1所示。

[0048] 表1为某SUV车型机舱‑乘员舱隔声路径的车身系统厚度及面积占比分析样表：

[0049]

[0050]

[0051] S4：路径隔声性能预测：根据该隔声路径上车体钣金(含密封件)、隔音垫、内饰板、内饰板声腔及乘员舱声腔的所有零部件选材、厚度及面积占比等参数，按公式(3)和公式(4)分别计算其声传递损失STL1～STL5。然后，按照公式(2)的预测模型计算该隔声路径的噪声衰减量NR。

[0052] 下面以某SUV车型机舱‑乘员舱隔声路径为例，进一步对本实施例中的S3及S4进行说明。

[0053] 首先，进行车体钣金及密封件厚度分布及面积占比分析。将机舱‑乘员舱路径车体钣金结构展开，参见图4，主要包括：左侧A立柱钣金1‑1、右侧A立柱钣金1‑4、前风窗加强板和压力室板区域钣金1‑2、左侧A立柱三角区域钣金1‑9、右侧A立柱三角区域钣金1‑19，第一前壁板钣金单层钣金区域1‑5、第二前壁板钣金单层钣金区域1‑18、第三前壁板钣金单层钣金区域1‑25，以及前壁板上含有加强板的第一双层钣金区域1‑6、第二双层钣金区域1‑7、第三双层钣金区域1‑24、第四双层钣金区域1‑26、第五双层钣金区域1‑28、第六双层钣金区域1‑30、第七双层钣金区域1‑32，左A立柱与门槛搭接区域钣金1‑23、右A立柱与门槛搭接区域钣金1‑34。钣金上的孔洞包括：分别设置在左侧A立柱钣金1‑1上的第一线束过孔1‑8、第三线束过孔1‑22；分别设置在右侧A立柱钣金1‑4上的第二线束过孔1‑20、第四线束过孔1‑33；
设置在前风窗加强板和压力室板区域钣金1‑2上的内外循环进风口1‑3；分别设置在左侧A立柱三角区域钣金1‑9上的第五线束过孔1‑10及第一天窗水管过孔1‑11，设置在右侧A立柱三角区域钣金1‑19上的第二天窗水管过孔1‑21；以及分别设置在前壁板上的离合主缸过孔
1‑12、真空助力泵过孔1‑13、暖通水管过孔1‑14、主线束过孔1‑15、空调水管过孔1‑16、工艺定位孔1‑17、换挡拉索过孔1‑29及空调水管过孔1‑31。这些孔洞属于零部件装配过孔，一般零部件结合面处自带胶套、泡棉等密封件进行密封，或单独采用堵盖、贴片等密封件密封。
对其进行钣金厚度规格及面积统计，如表1中车体钣金及密封件厚度分布所示。

[0054] 其次，进行前壁板隔音垫厚度分布即面积占比分析。前壁板隔音垫由于车体钣金结构不平整、空间限制、制造工艺等原因，一般厚度不均匀，基本在0～50mm范围内。进行厚度分布分析时，可按照每5mm一个间隔进行离散化，将0～2.5mm、2.5～7.5mm、7.5～12.5mm、12.5～17.5mm、17.5～22.5mm、22.5～27.5mm、27.5～32.5mm、32.5～37.5mm、37.5～
42.5mm、42.5～47.5mm以及大于47.5mm厚度的隔音垫分别等效看做0mm、5mm、10mm、15mm、
20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm以及50mm厚度的平板声学材料，并按此进行隔音垫厚度区域的划分(如图5所示)，统计各区域的面积并计算它们对车体钣金总面积的占比(如表1所示)。

[0055] 再次，进行内饰板声腔吸声零部件面积分析。前壁板区域内饰板声腔主要包括仪表台板、A柱下内饰板与车体钣金形成的声腔。对声腔内部的吸声零部件(包括前壁板隔音垫、附加吸音棉等)进行厚度及表面积计算和统计，如表1所示。

[0056] 接着，进行内饰板厚度及面积占比分析：在进行此分析时，忽略内饰板加筋部分的厚度，分析方法与车体钣金厚度分布及面积占比分析类似，统计不同厚度内饰板的面积，并计算它们对车体钣金总面积的占比(如表1所示)。

[0057] 然后，进行乘员舱声腔吸声零部件面积分析：乘员舱声腔主要吸声零部件包括前壁板隔音垫、主地毯、座椅、顶盖内衬、行李箱地毯等(对于硬塑料内饰板的吸声，可以忽略)。对这些零部件的厚度规格及表面积进行分析和统计，如表1所示。

[0058] 最后，进行机舱‑乘员舱路径隔声性能预测：根据表1所统计的该路径上车体钣金(含密封件)、隔音垫、内饰板、内饰板声腔及乘员舱声腔的所有零部件选材、厚度及面积占比等参数，按公式(3)和公式(4)分别计算其声传递损失STL1～STL5。将它们代入公式(2)的预测模型计算该路径的噪声衰减量NR。图6给出了该方案预测的机舱‑乘员舱路径噪声衰减量(NR)与实验测试值的对比图。从对比结果可以看出，该预测结果与实验测试值趋势一致且差异较小，证明该方法具有较高的预测精度。

[0059] 本实施例中所提出的基于串‑并联等效理论模型的车身系统隔声性能预测方法，实现了车身系统隔声性能的高精度预测，能够准确评估车身系统设计方案的隔声效果，有效指导车型项目的前期设计和开发。