某皮卡驾驶室声学包设计和结构优化

2020-11-21 13:16:29·  来源:江西五十铃汽车有限公司 产品开发技术中心  作者:贺小明 李信丽 董勇峰 游秀芬 王 博  
 
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
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。 
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