汽车声学包轻量化设计

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.015

摘要/Abstract

摘要：

本文旨在研究汽车声学包的轻量化设计，要求在保证声学性能的前提下，尽可能实现轻量化的目标。首先运用统计能量法建立了包含车身结构和各声腔的整车模型，提取80 km/h匀速工况下发动机舱的声辐射激励、动力总成激励和车身表面脉动压力激励，并将其施加在该模型上，获得驾驶员头部声腔声压，结果与试验数据吻合良好，验证了模型的有效性。接着根据各子系统对驾驶员头部声腔声压的贡献量分析结果，对内前围和前地板声学包提出了改进方案。最后以改进方案中各层材料厚度为设计变量，以驾驶员头部声腔总声压级和声学包总质量为目标构建Kriging近似模型，采用多目标遗传算法对声学包材料厚度进行优化，优化后的声学包声学性能与原来相当，而总质量减轻了20.76%。

关键词: 汽车声学包, 统计能量法, Kriging代理模型, 多目标优化

Abstract:

This paper aims to study the lightweight design of automotive sound package， requesting its mass as light as possible while ensuring its acoustic performance. Firstly， statistical energy analysis is utilized to build a vehicle model covering vehicle body structure and all sound cavities， and the sound radiation excitation of engine compartment， the powertrain excitation and the pulsation pressure excitation of body surface at an 80 km/h cruising condition are extracted and applied on the model to obtain the sound pressure of driver's head cavity， which agree well with the test results， verifying the validity of the model. Then the contributions of all subsystems to the sound pressure of driver's head cavity are analyzed， and based on which the improvement schemes for the sound packages of inner front bulkhead and front floor panel are proposed. Finally， with the thickness of each panel in improvement schemes as variables， the total sound pressure level of driver's head cavity and the total mass of two sound packages as objectives， the kriging surrogate models are constructed， and the multi-objective genetic algorithm is adopted to optimize the panel thicknesses of two sound packages. After optimization， the total mass of two sound packages reduces by 20.76% without worsening the acoustic performance of two sound packages.

Key words: automotive sound package, statistical energy analysis, Kriging surrogate model, multi-objective optimization

唐中华,贺岩松,马涛,张志飞,蒲弘杰,李云,陈钊. 汽车声学包轻量化设计[J]. 汽车工程, 2021, 43(1): 113-120.

Zhonghua Tang,Yansong He,Tao Ma,Zhifei Zhang,Hongjie Pu,Yun Li,Zhao Chen. Lightweight Design of Automotive Sound Package[J]. Automotive Engineering, 2021, 43(1): 113-120.

图/表 23

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参考文献 18

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编号	声腔子系统	编号	声腔子系统
1	驾驶员头部声腔	9	后备箱左上声腔
2	驾驶员腿部声腔	10	后备箱左下声腔
3	副驾驶头部声腔	11	后备箱右上声腔
4	副驾驶腿部声腔	12	后备箱右下声腔
5	左后乘客头部声腔	13	左前车门内腔
6	左后乘客腿部声腔	14	左后车门内腔
7	右后乘客头部声腔	15	右前车门内腔
8	右后乘客腿部声腔	16	右后车门内腔

边界区域	边界类型
入口	速度入口,u=80 km/h,v=0,w=0 湍流强度 I=0.5%,湍流黏度比 μ_r=10
出口	压力出口,参考压力 p=0 湍流强度 I=0.5%,湍流黏度比μ_r=10
地面	滑移壁面
其它表面	非滑移壁面

材料		密度/ (kg· m^-3)	流阻率/ (N·s· m^-4)	孔隙率	泊松比
EVA	乙烯-乙酸乙烯共聚物	1 680	-	-	0.48
EPDM	三元乙丙橡胶	1 100	-	-	0.40
PU	聚氨酯泡沫	31	87 000	0.97	0.30
PU	聚氨酯泡沫	80	13 500	0.98	0.35
PET	纤维	113.2	10 120	0.70	-
毛毡		90	45 000	0.92	-
针刺纤维		5.5	20 000	0.94	-

编号	N₁/mm	N₂/mm	D₁/mm	D₂/mm	D₃/mm	M/kg	S/dB(A)
1	7.87	11.77	1.06	9.87	6.29	8.59	54.20
2	8.66	9.54	2.23	8.27	6.94	11.35	54.04
…	…	…	…	…	…	…	…
59	10.28	13.44	2.11	7.43	8.91	11.53	53.96
60	7.23	14.73	1.66	11.67	8.69	10.51	54.08

编号	N₁/mm	N₂/mm	D₁/mm	D₂/mm	D₃/mm	M/kg	S/dB(A)
1	8.56	6.00	1.00	6.73	6.26	8.26	54.23
…	…	…	…	…	…	…	…
180	10.26	6.00	1.00	10.27	6.13	8.26	53.99
181	10.96	6.32	1.00	13.34	6.00	8.49	53.94
…	…	…	…	…	…	…	…
296	12.99	11.45	2.98	6.00	9.99	14.02	53.70