某皮卡驾驶室声学包设计和结构优化

摘要：对于用户来说，皮卡不仅仅是货运的工具，而且越来越追求整车的舒适性。如何提升车辆行驶的舒适性呢，由于发动机的特性决定了整车噪声在源头方面无法得到改善，本文通过优化零部件结构和配接，增加声学包等等方案对整车驾驶室进行提升，满足客户的舒适性要求。

1  皮卡驾驶室声学包概况

汽车噪声大小是衡量现代汽车设计和制造水平的重要技术指标，车内噪声状况更是衡量整车档次、品牌和质量的重要标准之一。整车的噪音大小可通过主动控制和被动控制的方法进行改善，主动控制即从噪音源头进行控制，包括提高各零部件加工精度和装配质量，改善发动机结构，改善车身结构等等；被动控制则从车身控制角度出发，进行声学包设计，对噪音源进行吸音、隔音等。

在整车研发过程中，NVH性能要求怠速、加速和匀速工况下，车内噪声不能出现轰鸣声和气流声[1]。在整车声学包设计中，通过声学包技术改变车内的中、高频噪声[2]，常考虑以下方案：a.发动机舱配有隔音隔热垫设计，发动机在启动后产生声音是造成车内噪音的主要源头，因此在源头做隔绝是最有效的措施；b.前围板上布置隔音隔热垫，发动机声音由前围板传递至车内，在前围板上做隔音吸音措施效果也很明显；c.地毯优化设计，不仅仅是发动机的声音，从路面上传递进车内的行驶声音也是车内噪音的源头之一，因此地毯不但可以美观和提升乘坐感受，还能对外部声音进行隔绝；d.钣金空腔处理优化：一般采用优化驾驶室内空腔结构进行隔绝或是增加空腔阻隔件，以减少空腔的轰鸣声。

2  皮卡驾驶室声学包设计和优化

2.1 驾驶室前围布置隔音隔热垫


图1 隔音隔热垫示意图

发动机噪声作为汽车最主要的噪音源，因而汽车前围的隔音效果显得尤为重要。目前市场上存在的前围隔音垫大多采用单一的隔音材料进行隔音，其隔音效果并不满足顾客要求。故在不影响安装的前提下，在原有的吸音垫(20mmPET)表面再覆一层隔音材料(2.5mmPVC)，通过隔音吸音层的效果叠加，达到降噪的预期目标，隔音隔热垫零件如图1所示。

2.2 地毯结构优化

地毯作为内饰件中面积较大的零部件，它对整车的NVH有较大的影响，主要吸收与阻隔路面和传动系统的噪声，为了提高它的NVH性能，通常会在地板及地毯面料间增加开孔材料，本方案所使用的材料为PET+PE面料+PVC+PET毛毡，PET毛毡密度为1000g/m2，厚度约为20mm。由于地毯面积较大，所以整个零部件的重量很大，地毯通常设计成为前、后地毯，以便装配。为了在保证装车效果的同时，进一步提高地毯的NVH性能，现将毛毡密度提升至2000g/m2，当声波进入毛毡时，会引起材料中的空气和更多的纤维发生振动，使声能转变成热能而尽可能多地消耗，降噪效果明显提升。

2.3 驾驶室前围板上阻隔方案优化


图2 前围板阻隔方案示意图

前围钣金是为了隔离驾驶室与发动机舱，然而单一的金属材料并不能阻隔发动机传递至驾驶室的噪声和振动，通过在钣金上覆一层隔音隔热垫可以降低一部分的噪声，但对振动却无法起作用，为实现降噪目的，本方案在前围钣金上粘贴沥青阻尼垫和减振垫，提高前围板的刚度，并减弱振动波，如图2所示。阻尼垫过滤因行驶产生的振动后，波形改变并削弱，达到了削减噪音的目的。

2.4 驾驶室空腔声学包设计


图3 驾驶室空腔声学包设计示意图

为提高整车的强度，车身侧围一般由内外两层钣金件经冲压焊接而形成，并与前围、地板和顶盖连接在一起，在车身的A/B/C柱、门槛和后侧围中形成很多的空腔结构。同时，由于安装、定位、线束穿越、漏水等制造和装配需要，车身钣金件又开有大小不一，形状各异的孔洞，而且钣金搭接或者焊接也会存在缝隙，这些都会使空腔与驾驶室和外环境相通，发动机噪声、胎噪、排气噪声等都会通过此路径传入车内，不仅是进入车内，还可能会在空腔中产生共鸣而放大噪声，甚至引起钣金共振。本方案在A柱、B柱、C柱等白车身空腔内添加阻隔海绵或阻隔件，这种方式对空腔噪声有较好的衰减作用，而且成本比较低，装配简便。

2.5 整车零部件结构优化


图4 鼓风机结构优化示意图

通过1/2英寸自由场精密传声器检测皮卡驾驶室内的噪声传递路径，采用相应的方案进行设计优化，降低整车噪声，主要如下：a.鼓风机连接口结构优化，鼓风机连接口处密封棉尺寸、压缩量等参数不仅对风量有影响，对噪音的阻隔也有较大的影响，本方案通过对鼓风机连接口的尺寸和结构进行密封和优化，如图4所示，提升驾驶室内密闭性；b.空调低压管性能优化，通过调整软管硬度，衰减发动机振动传递，从而达到降低噪声的目的。

3  皮卡驾驶室声学包方案验证

为验证皮卡驾驶室声学包方案效果，进行了方案实施前后对比测试，7336号样车为无措施车型代号，7668号样车、7670号样车、7626号样车为全方案实施后的样车。通过1/2英寸自由场精密传声器设备进行检测，检测结果如5所示，各工况下的检测结果如图6、图7、图8所示。

通过对主驾驶右耳的噪声进行对比，发现在30Hz、160Hz及400Hz附近的噪声有明显地改善，由于之前排查的400Hz为空调低压管共振产生的，可以确定是新状态的空调管对整车NVH性能有一定提升。同样从Map图也可以看到，在400Hz附近的噪声有明显改善，而30Hz左右的低频噪声也有所改善，6阶以上的噪声带得到有效降低。


图5 主驾驶右耳各工况噪声汇总


图6 主驾驶右耳怠速噪声


图7 主驾驶右耳2000rpm噪声对比


图8 主驾驶右耳2500rpm噪声对比


图9 主驾驶右耳噪声Map图

某皮卡样车在实施声学包优化方案后，整车噪声性能从客观数据上有了明显地改善，特别是在怠速的改善和2000r/min转以上的改善非常明显，从二档加速的Map图上可以清晰地看到在各个频段的噪声都有了明显地优化，低频的噪音、中高频的噪音有了明显地过滤，使得整车的噪声分贝值下降的同时，主观感受的声品质也有了明显地优化，整车舒适性性能明显改善。