汽车声学包装开发流程与工具

变革开放创新汽车声学包材料开发流程与工具01声学包装开发技术路线02声学包装开发主要内容03声学包装开发工具1231. 汽车声学包开发技术路线汽车声学包性能汽车声学包设计1.1

汽车声学包装性能汽车声学包材料主要的作用是吸收和阻隔噪声，是控制汽车400Hz以上高频噪声的主要手段。发动机罩隔热垫外前围顶棚外轮罩吸音棉座椅内前围地毯行李厢盖板内轮罩吸声&隔声吸声Ei

=

Ea吸声系数E

=

t

Ei透射系数TL=10log

1

传递损失阿尔法舱测吸声系数混响室-半消声室测传递损失1.2

汽车声学包装设计总成级设计整车NVH目标制定ATF目标分解声学包零件吸隔声目标分解目标分解声学材料参数反求声学材料性能仿真声学包零件材料参数优化声学包零件材料组合优化声源特征分析总成隔声性能优化变厚度声学包结构、材料设计声学包零件局部结构工艺设计整车级设计声学包参数多目标优化设计声学包方案的DOE优化组合设计0.80.9110010002000300040005000600070008000900010000吸声系数频率材料级设计数值计算NOVA2. 声学包装开发主要内容目标分解技术材料级设计技术总成级设计技术整车级设计技术2.1

目标分解技术空气噪声

源-路径-接收体

模型传递路径分析：已知声源SWL和传递路径ATF，求接受体SPL目标分解：已知声源SWL和接受体SPL，求传递路径ATF)2ref根据定义 SWL

10lg(Π/Πref

) SPL

10lg(P

/

P令ΠPBNRw

P

P*

Π=

a a

4

c

Q

Q*带入点声源声功率公式

100

PBNR

10

lg

a a

10

lg

P

P*

c

Q

Q*

得到当Qa=1m3/s2

时

P

2

9.5PBNR

10

lg

Qa

带入声压、声功率参考值2

*10

5

P

2

*10

5

2PBNR

10

9.5

根据ATF定义PBNR

84.5

ATFSPL

SWL

84.5

ATF

allP2P

5

mm

1目标分解的ATF路径2.1

目标分解技术声音传播方向声源腔接收腔隔声零件SiSoaS

iSTL

oATF

SATF

84.5

NR

10lg

i

i

4公式一Sa

o

SoSTL

NR

10

lg公式二合并公式ATF

84.5

STL

10

lg4Sa(

i

Si

)

(

o

So

)进一步处理SPL

SWL

STL

10

lg4Sa(

i

Si

)

(

o

So

)注：本页公式至适用于单路径传播，且声源腔、接收腔均为混响场目标分解的吸隔声路径2.1

目标分解技术9适用于全新开发车型，基于对标车和数据库数据进行目标分解，不要求开发车型的任何数据。开发中车型的目标分解方法，需要车型的声源声功率数据和声学包预定义方案。适用于换代或改款车型，需要原型车的声源声功率和ATF数据。基于数据的空气噪声目标分解基于算法的空气噪声目标分解基于概念模型的空气噪声目标分解0.80.60.40.20目标分解方法2.1

目标分解技术基于数据的目标分解关键问题：将单一目标分解至各条传递路径，即通过m+1个方程求解2m个未知数发动机贡献左前轮贡献……发动机舱吸声内前围隔声……地板隔声车门玻璃隔声……)2refSPL

10lg(P

/

PP2=P2

P2

P21 2 n解决方案：根据数据库或经验数据对各路径的贡献进行分配计算总能量车内噪声根据数据库或经验得到各路径能量分配22iP

=

P得到路径ATF目标SPLi

SWLi

84.5

ATFi

根据数据库或经验得到某路径上的能量传播分配，得到声学包装吸隔声目标ii

io

o4

SATF

84.5

STL

10

lg

a (

S)

(

S

)2.1

目标分解技术基于数据的目标分解10090807060504005006308001000125016002000250031504000500063008000声源SWL区间定义00.511.54005006308001000125016002000250031504000500063008000ATF路径能量分配ATF目标分解吸隔声路径能量分配声学包隔声性能目标分解声学包吸声性能目标分解基于数据的目标分解算法，得到的是吸隔声性能的目标区间，结果偏保守。2.1

目标分解技术2.1

目标分解技术基于算法的目标分解关键问题：将单一目标分解至各条传递路径，即通过m+1个方程求解2m个未知数m nmin

F

(ATFij

ATF0ij)2j

1i

1

s.t.

SPLall

SPLobj

ATFij

ATF0ij

LMj i

1,2...nj

1,

2...m解决方案：根据工程实际问题补充目标函数，构造优化模型基于车型改动最小 基于车内噪声最低m nminSPLall

SPLijj

1

i

1

s.t.

SPLall

SPLobj

ATFij

ATF0ij

LMj i

1,2...nj

1,2...m基于零件成本最低m nminSPLall

Fcost

(ATFij)j

1

i

1

s.t.

SPLall

SPLobj

ATFij

ATF0ij

LMj i

1,2...nj

1,2...m通过优化算法(粒子群算法PSO、多岛遗传算法、自适应模拟退火算法等)调用传递路径方法进行求解，得到符合要求的各路径ATF分配。2.1

目标分解技术2.1

目标分解技术基于算法的目标分解

以某前置前驱轿车80km/h工况为例，进行基于算法的车内空气噪声目标分解。原型车声载荷及传递函数测试声载荷SWL测试结果传递函数ATF测试结果得到各路径的ATF值之后，就可以进一步将ATF目标分解至声学包装零部件的吸隔声性能上，从而具体指导零件设计、制造。优化结果2.1

目标分解技术2.1

目标分解技术基于概念模型的目标分解整车SEA概念模型统计能量方法对结构细节不敏感，只与关键零件的吸、隔声性能有关。关键总成整车尺寸参数定义整车SEA概念模型调校，包括整车尺寸、关键总成、声学包预定义方案；建立优化模型，以声学包装吸隔声性能为设计变量，定义约束条件和目标函数；调用优化算法，进行最优化设计。序号模块序号模块1A柱总成14前轮罩总成2B柱总成15大地3车身内饰16发动机罩4C柱总成17IP系统5D柱总成18后门总成6门槛梁19后轮罩总成7车门内饰20顶盖总成8发动机护板21顶盖内饰9翼子板总成22座椅总成10防火墙总成23侧围总成11地板总成24尾门总成12前保险杠25玻璃13前门总成26空腔阻隔2.1

目标分解技术2.1

目标分解技术基于概念模型的目标分解针对某SUV车型系列，进行基于概念模型的目标分解。概念模型的建立和调校防火墙总成STL15202530传递损失[dB]

优化前优化后0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000频率

[Hz]地板总成STL优化前后车内噪声优化前优化后差值2017.52.5防火墙282803330.52.51517.5-2.5地板2325.5-2.528280行李厢盖板1385211652623.52.5

STLall357 327 30 2.1

目标分解技术2.2

材料级设计技术多孔材料一般由固体相、流体相两种介质组成，固体相为材料的框架，流体项为饱和流体（一般为空气）。框架相互交错连接，形成网格结构，空气则充斥于网格之中。根据多孔材料框架刚性的不同，可以分为刚性材料、柔性材料和弹性材料三类。多孔材料刚性多孔材料柔性多孔材料弹性多孔材料框架刚度远远大于空气刚度，假定不发生任何位移和变形，声波传递时框架不振动。例：金属纤维材料框架刚度极低，不抵抗外力场，内部应力场消失。例：吸音棉、毛毡框架刚度介于刚性、柔性材料之间，材料内存在声-固耦合。例：PU发泡声学材料分类2.2

材料级设计技术2.2

材料级设计技术刚性材料柔性材料弹性材料固体相参数弹性模量

E○○●泊松比

○○●密度

1●●●损耗因子

s○○●液体相参数流阻

●●●孔隙率

●●●曲折因子

●●●粘性特征长度

●●●热特征长度

'●●●几何参数厚度 d●●●BIOT理论通过固体相和流体相参数来进行单层声学材料吸声系数和传递损失仿真分析。流阻：单位厚度材料两侧压力与速度的比值，反映气流通过材料的阻力；孔隙率：空隙体积占总体积的百分比；曲折因子：反映孔隙结构弯曲程度的参数；粘性特征长度、热特征长度：反映孔结构对声能量耗损的作用程度和形式。BIOT声学参数2.2

材料级设计技术2.2

材料级设计技术材料参数优化设计测试声学包平板件吸隔声性能，并反求材料参数，包括孔隙率、流阻等；根据材料参数对零件吸隔声性能进行仿真分析；优化材料参数，在满足性能要求的条件下减轻零件质量。2.2

材料级设计技术2.2

材料级设计技术材料组合优化设计在材料不变的条件下，优化多材料声学包零件材料组合，如双密度毡零件软层、硬层毛毡的密度、厚度等，实现声学包零件轻量化设计。硬层毛毡+PE+软层毛毡2.2

材料级设计技术2.3

总成级设计技术声源特征分析与轻量化模型建立声源特征分析声学包隔声区域划分轻量化模型建立分析、测试关键总成声源侧声压或声功率分布，形成声压分布图或声功率分布图根据声源侧声压、声功率分布和车内噪声目标，将声学包零件分为若干子区域通过变厚度、多材料等手段，结合制造、工艺、空间约束，建立轻量化模型2.2

材料级设计技术2.3

总成级设计技术总成级声学包轻量化设计020103关键总成吸隔声性能仿真分析通过混响-半消测试防火墙、地板总成的传递损失，并得出钣金、声学包、过孔贡献。建立防火墙、地板总成的SEA模型，并对其NR及传递损失进行分析。关键总成吸隔声性能优化结合仿真、测试结果和声学包目标，对内前围、外前围、地毯进行的覆盖率、厚度分布进行优化，对过孔零件提出优化建议。关键总成吸隔声性能测试dB

优化前 优化后100806040200400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000厚度分布（%）优化前优化后EVA表层0.50.0015PU_5mm14.110.61PU_10mm22.266.98PU_15mm18.510.12PU_20mm27.25.589PU_25mm9.25.715PU_30mm8.30.9751总质量(Kg)4.2153.9112.3

总成级设计技术局部工艺设计根据过孔零件特点和局部隔声要求，设计声学包零件过孔区域结构和局部区域结构，在工艺、空间约束下实现性能目标与轻量化目标。开门式过孔开窗式过孔十字式过孔支架安装区域局部结构2.4

整车级设计技术声学包参数多目标优化设计详细SEA模型调校1声学包优化模型建立2声学包参数轻量化优化设计3根据试验结果调校整车详细SEA模型，并定义工况和声载荷定义声学包材料的吸隔声性能、覆盖率、质量、成本参数，并设置其变化范围。以材料类型、厚度、覆盖率为设计变量，以声学包重量为目标，NVH性能为约束，进行优化计算，在满足NVH性能的条件下实现声学包质量最小化内前围插入损失(dB)403020100优化算法SEA分析数据处理最优解2.4

整车级设计技术声学包方案的DOE优化组合设计因素与水平定义：定义各声学包零件为因素，定义声学包零件的各个方案为水平；SEA模型自动集成计算：建立SEA分析与DOE算法间的集成，实现大批量运算和数据自动处理；DOE分析与最优组合的选择：通过DOE分析得到各因素对NVH性能的贡献，通过取消、减轻贡献较小的声学包零件实现轻量化设计。DOE分析Pareto图DOE分析主效应图3. 声学包装开发工具汽车NVH性能数据库声学材料性能仿真与参数拟合系统AMIS声学包装开发小工具3.1汽车NVH性能数据库数据库目前包括156款车型、115类试验的NVH数据，涵盖主流品牌车型几乎所有NVH试验结果，集成中汽中心工程院NVH优化案例203项；依托中汽中心工程院研发平台，数据库车型、试验与案例数据持续更新，预计每月新增10项以上；集车型信息、试验数据、试验清单、工程案例、测试规范于一体，具有数据查询、统计、对比、导出等功能，为汽车开发提供专业、丰富的大数据支持。3.2AMIS产品功能材料声学性能仿真材料声学参数识别材料参数与组合优化设计特色优势基于国际最新成果完成算法开发，仿真分析与参数识别精度高于同类产品具有优化设计功能，实现材料参数与组合方案的自动化设计内置吸隔声性能数据库，集成中汽中心吸隔声试验室多年测试数据兼容多品牌相关软件、设备数据声学材料性能仿真与参数拟合系统(AcousticMaterial

Simulation

andIdentification

System,

AMIS)是一种易于使用、灵活和强大的声学包设计解决方案，用于实现声学特性材料的性能预测、参数反求和优化设计。3.2AMIS结果信息AMIS具有线性简约操作流程，仿真分析、优化设计和参数反求三大模块高效快速地实现了材料的声学性能精准仿真、声学参数最优设计及特征参数一键反求等功能。仿真模块优化模块反求模块软件界面3.2AMIS仿真分析模块优化设计模块参数反求模块020008000 100000.00.10.20.30.40.50.6吸声系数4000 6000频率

(Hz)NOVAAMIS02000800010000042352821147NOVAAMIS传递损失

(dB)4000 6000频率

(Hz)02000800010000024681012传递损失

(dB)4000 6000频率

(Hz)优

化前

化后优优化前优化后刚性密度1610刚性厚度0.030.05柔性密度3325柔性厚度0.0350.018总质量1.6350.95功能模块介绍3.2AMIS强大的优化设计功能便捷简约的操作流程丰富的材料性能数据库兼容常用声学包相关软件、设备数据AMIS优化设计模块集成了进化算法、粒子群算法、模拟退火算法等多种优化方法，可以自动生成材料声学参数优化设计结果和多层材料组合优化设计方案。AMIS采用线性操作流程，用户可以方便的在