CN113536647B - 基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其步骤是将汽车关键部件钣金件划分为N块面积均等的划分区域，对该钣金件有限元模型进行隔声计算，统计获得各区域的振动能量积分总值，处理得到N块划分区域的单位振动能量，按振动能量大小排序；然后，从振动能量最大的划分区域开始敷设阻尼片，计算关键部件钣金件有限元模型的隔声性能、整车BIB模型的加速噪声性能；顺序增加振动能量排序靠前的划分区域并敷设阻尼片，分别计算关键部件钣金件隔声和整车加速噪声性能。本发明阻尼片敷设过程可量化且位置较为精准，可在低中高频段考虑阻尼片对汽车NVH性能的影响，并同时考虑阻尼片对加速噪声和隔声性能的影响。

Description

基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法

技术领域

本发明涉及振动控制工程与声学工程领域，尤其涉及一种基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法。

背景技术

阻尼片在汽车行业使用广泛，其通常由一些柔性材料制作而成，如合成橡胶、橡胶、软木、高密度泡沫和层压材料，一般是被贴装在板件上，用以减小车身板件的振动。基于此，阻尼片能够改善金属薄板的隔声效果，优化这些布放位置不仅能够增强隔声效果，还能契合成本控制、轻量化的发展需求。

本领域技术人员以往尝试对覆盖阻尼片的结构板件进行数值模拟，对于复杂的阻尼机理可用合适的材料模型来处理，使用实体或者实体壳单元用来定义三明治材料结构；由于材料特性随频率变化且阻尼分布不均匀，在模态空间进行建模非常困难，而直接频响分析有时更适合。

基于以上分析，技术人员目前正尝试开发精细有限元模型和能量后处理方法，使建立更精简的能量模型描述结构部件的动力学响应成为可能，这种方法基于现有的白车身结构模态，模型中的各结构部件自动划分成很多单元片，并且在每个单元片上进行分布矩阵组装，这种矩阵能够带来计算量的减少和数值计算效率的提高，使能量后处理方法集成到优化工作流程当中成为可能。

本发明技术方案设计人员结合以上分析以及现有的针对汽车阻尼片布局的常见技术手段现状进行总结可知，目前在实际车型阻尼片布局方案中主要采用以下几种方法：

其一，工程经验及测试；

其二，模态应变能计算与评估；

其三，传函计算与评估；

其四，基于统计能量法隔声计算与评估；

然而，这些方法在实施应用之后各自均暴露出不可忽视的缺陷，例如：上述第一种方法会更多依赖工程师个人的工程经验及其主观判断，一旦出现失误或判断错误，仅依靠个人主观的方式，很难在短时间内及时调整到位，实施效率较低且需要样机才可执行；上述第二种方法则由于高频模态密集难以分辨模态特性，主要适合低频，同时只能从定性上做些分析，无法从定量上分析阻尼片的影响；上述第三种方法虽然可以从定量上分析阻尼片对NVH(振动噪声舒适性，下同)的影响，但只适合分析低频段，也不能考虑空气声的影响；上述第四种方法虽然也可以从定量上分析阻尼片对NVH的影响，但由于统计能量法理论本身的局限性，只适合分析高频段的声学问题，无法分析低频段的阻尼片隔声性能影响，也不能考虑结构声的影响。

为克服以上问题，本发明将对汽车关键部件隔声性能和整车加速噪声作为评估目标(即分别考察空气声和结构声)，基于有限元计算方法，进行阻尼片分析与优化分析，针对汽车关键部件进行隔声分析，可在中高频段考虑阻尼片对隔声性能的影响；同时，针对白车身BIB有限元模型(白车身带开闭件有限元模型)进行加速噪声分析，可在低频段精确考虑阻尼片对加速噪声的影响，经过实践可知，该方法具有精度高、可量化、能够考虑结构声和空气声、且能够兼顾低中高频段影响等优点。

综上分析，本发明正是在现有公知技术的基础上，通过实际应用进行经验总结，提出一种基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其既可通过同时考察加速噪声及隔声两个评估指标来实现阻尼抑制结构声和空气声的作用效果，又可同时在中低频段和高频段评估阻尼片对整车NVH性能的作用效果，显然，采用该方法解决上述问题甚为全面，优化方案较可靠，效果较为明显，有利于可降低车内的加速噪声。因而，所提出的技术方案能够缓解、部分解决或完全解决现有技术存在的问题。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题，本发明提供一种基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，该方法将汽车关键部件钣金件划分为若干均等区域并统计各划分区域的振动能量，以振动能量较大的划分区域作为敷设阻尼的依据，使得阻尼片敷设过程可量化且位置较为精准，综合而言，其采用整车加速噪声和关键部件隔声作为评估目标的新的计算方法和思路，首先可考虑阻尼片对结构声(加速噪声)和空气声(隔声性能)的影响，还可通过同时考察加速噪声及隔声两个评估指标来实现阻尼抑制结构声和空气声的作用效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其以汽车关键部件隔声性能和整车加速噪声作为评估目标，包括以下步骤：

I、首先，将汽车关键部件钣金件分别划分为N块面积均等的划分区域；

II、对该钣金件有限元模型进行隔声计算；

III、统计获得各个划分区域的振动能量积分总值；

IV、通过数据处理得到N块划分区域的单位振动能量，并且对N块划分区域按照单位振动能量大小进行排序；

V、排序之后，从振动能量最大的划分区域开始敷设阻尼片，计算关键部件钣金件有限元模型的隔声性能，其中，分析频段可扩展到2000Hz以上，主要考虑阻尼对空气声的隔绝作用；

VI、计算整车BIB模型的加速噪声性能，主要考虑阻尼对结构声的抑制作用；

VII、按照振动能量排序原则，顺序增加振动能量排序靠前的划分区域并敷设阻尼片，分别计算关键部件钣金件隔声和整车加速噪声性能；

VIII、循坏迭代上述计算过程，直到部件隔声量和整车加速噪声满足目标值时，计算结束和完成阻尼片位置布局优化分析工作。

其中的不同划分区域的振动能量，采用经隔声计算获得。

针对以上技术方案，技术人员还可在具体实施时根据不同设计需求利用一些技术手段作出不同的改进，形成在同一构思基础上的技术方案，具体技术手段包括如下：

在汽车关键部件包括前围板和地板的前提下，将部件级隔声及整车加速噪声作为评估目标，阻尼片敷设位置作为变量；

然后，建立前围板和地板的部件级隔声计算模型，采用扩散声场模拟空气声的激励，计算得到汽车地板和前围板3000Hz以内的隔声曲线；

其中，前围板和地板按照面积均等原则划分区域。

对于包括前围板和地板的汽车关键部件，从振动能量最大划分区域开始敷设阻尼片，分别计算前围板、地板的隔声和整车BIB模型的加速噪声，并判断隔声量和加速噪声是否满足目标要求。

对于以上所实施的技术方案，技术人员还可进行适应性的设计，包括：

本发明采用整车加速噪声和关键部件隔声作为评估目标的计算方法和思路，同时在低中高频段考虑阻尼片对汽车NVH性能的影响。

本发明关于各划分区域的振动能量，以振动能量较大的划分区域作为敷设阻尼的依据，使得阻尼片敷设过程可量化且位置精准。

其中，扩散声场包括混响室声场。

对于应用该优化方法进行优化后加速噪声性能，在2000-5500rpm转速段噪声降低1-2dBA。

本发明通过将汽车关键部件钣金件划分为若干均等区域并统计各划分区域的振动能量，以振动能量较大的划分区域作为敷设阻尼的依据，使得阻尼片敷设过程可量化且位置较为精准，其主体方法步骤针对汽车阻尼片优化采用整车加速噪声和关键部件隔声作为评估目标的新的计算方法和思路，可在低中高频段考虑阻尼片对汽车NVH性能的影响，并同时考虑阻尼片对结构声(加速噪声)和空气声(隔声性能)的影响，以实现阻尼抑制结构声和空气声的作用效果；此外，优化方案较为可靠，可降低车内加速噪声1-2dBA。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其阻尼片优化分析的总体技术流程示意图；

图2是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其汽车前围板隔声计算曲线与实测对比示意图；

图3是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其汽车前围板区域划分及其振动能量排序示意图；

图4是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其汽车地板区域划分及其振动能量排序示意图；

图5是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其汽车前围板阻尼片最终优化布局方案示意图；

图6是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其汽车地板阻尼片最终优化布局方案示意图。

图7是本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其优化前后实车加速噪声对比曲线示意图。

具体实施方式

本发明拟实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，所实施的技术手段要达到的目的在于，解决以往从定量上分析阻尼片对NVH(即振动噪声舒适性)影响时，无法同时考察加速噪声及隔声两个评估指标，以及无法于中低频段和高频段评估阻尼片对整车NVH性能的问题。

本发明所实施之技术方案，主要是通过将汽车关键部件钣金件模型均分为若干个划分区域，再对钣金件有限元模型进行隔声计算，来统计获得各个划分区域的振动能量积分总值等技术手段为基础。对于建模软件、算法、测试装置、试验设备等均可结合技术人员的实际实施需求来选配，本发明不便于详细限制这些算法的类别、测试装置采用的具体型号以及试验设备的安装方式等，凡是能够适合于本发明技术方案的装置、设备等均可尝试采用，技术人员也均可依据本发明所实施的技术方案来轻易地实施。因而，包括建模软件、算法、测试装置、试验设备等选择，这些均属于本领域常规技术手段，根据市面产品或以往的技术都可以选取合适的技术手段，对于不在本发明技术方案范围之内的这些常规技术手段，本发明具体实施方式无必要将每一个细节都细化出来，若要全部列举出来是不现实的。显然，本发明所实施的技术方案实际上是一种能够让本领域技术人员结合常规技术手段参照及实施的汽车阻尼片优化方法，而并非是对电路模块或装置构造的设计，技术人员根据不同的应用条件以及使用需求，按照本发明技术方案进行实际应用与测试，能够实际获得其带来的一系列优势，这些优势将会在以下的解析中逐步体现。

如图1所示，技术人员首先在进行可行性分析之后，设计了方案步骤执行的具体路线，现分析如下：

①技术人员在优化初始待采取的技术手段是将分析对象如汽车关键部件钣金件分别划分为N块面积均等的划分区域；

②然后，对该钣金件有限元模型进行隔声计算；

③提取N块划分区域的振动能量值积分总值；

④通过数据处理得到N块划分区域的单位振动能量；

⑤对N块划分区域按照单位振动能量大小进行排序，例如，可设置为由大至小的顺序；

⑥排序之后，从振动能量最大的划分区域开始敷设阻尼片，计算关键部件钣金件有限元模型的隔声性能，其中，分析频段可扩展到2000Hz以上，主要考虑阻尼对空气声的隔绝作用；

⑦相应地，从振动能量最大的划分区域开始敷设阻尼片，计算整车BIB模型(即白车身带开闭件有限元模型)的加速噪声性能，主要考虑阻尼对结构声的抑制作用；

⑧按照振动能量排序原则，顺序增加振动能量排序靠前的划分区域并敷设阻尼片，分别计算关键部件钣金件隔声和整车加速噪声性能；

⑨循坏迭代上述计算过程，直到部件隔声量和整车加速噪声满足目标值时，计算结束和完成阻尼片位置布局优化分析工作。

如图1-7所示，本发明所实施的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，为了进一步对以上所提出的技术路线施以实践的论证，针对汽车阻尼片布局优化分析，以下列举优选实施例，并且该实施例以汽车关键部件前围板和地板为例，将部件级隔声及整车加速噪声作为评估目标，阻尼片敷设位置作为变量，优化阻尼片布局位置，步骤如下：

(1)建立汽车前围板和地板的部件级隔声计算模型，用扩散声场(即混响室声场)模拟空气声的激励，计算得到汽车地板和前围板3000Hz以内的隔声曲线，以考察钣金件本身的隔声特性，隔声计算结果与试验结果对比如图2所示；

(2)对前围板和地板按照面积均等原则划分区域，经隔声计算可以获得不同划分区域的振动能量，分别统计每个划分区域的振动能量，并进行能量排序，按照各划分区域能量大小排序，如图3和图4所示，每个划分区域可辅以数字编号，例如，按照①②③.......顺序标记，当然，为区分不同区域，可以采用黑白色由浅至深进行区域填涂，或采用不同颜色进行区域填涂；

(3)从振动能量最大划分区域开始敷设阻尼片，分别计算前围板、地板的隔声和整车BIB模型的加速噪声，并判断隔声量和加速噪声是否满足目标要求；

(4)依次不断增加新的能量排序靠前的划分区域并敷设阻尼片，通过迭代计算获得所有阻尼片位置布局方案的加速噪声性能和隔声性能，直到获得满足隔声量和加速噪声目标值的阻尼片布局方案如图5和图6所示，其中，图5、图6的阴影区域均为阻尼片布置区；

(5)针对满足目标要求的阻尼片优化方案制作实车验证测试，优化后加速噪声性能更优，在2000-5500rpm转速段噪声降低1-2dBA，如图7所示。

除了以上本发明所实施的技术方案之外，技术人员可根据实施不同的优化方法来设计不同的拓展方案，对于其它的各种拓展根据技术人员不同需求而另自行设计，此处不再赘述。

在本说明书的描述中，若出现术语″实施例一″、″本实施例″、″具体实施″等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解，例如，″连接″可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外，例如，采用将汽车关键部件钣金件模型均分为若干个划分区域，对钣金件有限元模型进行隔声计算，统计获得各个划分区域的振动能量积分总值等技术手段形成的技术方案，并且没有产生超出本发明之外的技术效果；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同，例如，本发明技术方案实施是选择所需测试装置和试验设备等；③以本发明技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明文本记载内容所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。

Claims (10)

1.一种基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其以汽车关键部件隔声性能和整车加速噪声作为评估目标，其特征在于，包括以下步骤：

I、首先，将汽车关键部件钣金件分别划分为N块面积均等的划分区域；

II、对该钣金件有限元模型进行隔声计算；

III、统计获得各个划分区域的振动能量积分总值；

IV、通过数据处理得到N块划分区域的单位振动能量，并且对N块划分区域按照单位振动能量大小进行排序；

V、排序之后，从振动能量最大的划分区域开始敷设阻尼片，计算关键部件钣金件有限元模型的隔声性能，其中，分析频段可扩展到2000Hz以上，考虑阻尼对空气声的隔绝作用；

VI、计算整车BIB模型的加速噪声性能，考虑阻尼对结构声的抑制作用；

VII、按照振动能量排序原则，顺序增加振动能量排序靠前的划分区域并敷设阻尼片，分别计算关键部件钣金件隔声和整车加速噪声性能；

VIII、循坏迭代步骤II至步骤VII的计算过程，直到部件隔声量和整车加速噪声满足目标值时，计算结束和完成阻尼片位置布局优化分析工作。

2.根据权利要求1所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：所述汽车关键部件包括前围板和地板，将部件级隔声及整车加速噪声作为评估目标，阻尼片敷设位置作为变量。

3.根据权利要求2所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：建立前围板和地板的部件级隔声计算模型，采用扩散声场模拟空气声的激励，计算得到汽车地板和前围板3000Hz以内的隔声曲线。

4.根据权利要求1所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：其中的不同划分区域的振动能量，采用经隔声计算获得。

5.根据权利要求3所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：所述前围板和地板按照面积均等原则划分区域。

6.根据权利要求5所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：对于包括前围板和地板的汽车关键部件，从振动能量最大划分区域开始敷设阻尼片，分别计算前围板、地板的隔声和整车BIB模型的加速噪声，并判断隔声量和加速噪声是否满足目标要求。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：采用整车加速噪声和关键部件隔声作为评估目标的计算方法和思路，同时在低中高频段考虑阻尼片对汽车NVH性能的影响。

8.根据权利要求1-6任一项所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：各划分区域的振动能量，以振动能量较大的划分区域作为敷设阻尼的依据，使得阻尼片敷设过程可量化且位置精准。

9.根据权利要求3所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：所述扩散声场包括混响室声场。

10.根据权利要求1所述的基于全频段的空气声和结构声分析的汽车阻尼片优化方法，其特征在于：对于应用该优化方法进行优化后加速噪声性能，在2000-5500rpm转速段噪声降低1-2dBA。

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