變革開放創(chuàng)新汽車聲學(xué)包材料開發(fā)流程與工具01聲學(xué)包裝開發(fā)技術(shù)路線02聲學(xué)包裝開發(fā)主要內(nèi)容03聲學(xué)包裝開發(fā)工具1231. 汽車聲學(xué)包開發(fā)技術(shù)路線汽車聲學(xué)包性能汽車聲學(xué)包設(shè)計(jì)1.1

汽車聲學(xué)包裝性能汽車聲學(xué)包材料主要的作用是吸收和阻隔噪聲，是控制汽車400Hz以上高頻噪聲的主要手段。發(fā)動機(jī)罩隔熱墊外前圍頂棚外輪罩吸音棉座椅內(nèi)前圍地毯行李廂蓋板內(nèi)輪罩吸聲&隔聲吸聲Ei

=

Ea吸聲系數(shù)E

=

t

Ei透射系數(shù)TL=10log

1

傳遞損失阿爾法艙測吸聲系數(shù)混響室-半消聲室測傳遞損失1.2

汽車聲學(xué)包裝設(shè)計(jì)總成級設(shè)計(jì)整車NVH目標(biāo)制定ATF目標(biāo)分解聲學(xué)包零件吸隔聲目標(biāo)分解目標(biāo)分解聲學(xué)材料參數(shù)反求聲學(xué)材料性能仿真聲學(xué)包零件材料參數(shù)優(yōu)化聲學(xué)包零件材料組合優(yōu)化聲源特征分析總成隔聲性能優(yōu)化變厚度聲學(xué)包結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計(jì)聲學(xué)包零件局部結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)整車級設(shè)計(jì)聲學(xué)包參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)聲學(xué)包方案的DOE優(yōu)化組合設(shè)計(jì)0.80.9110010002000300040005000600070008000900010000吸聲系數(shù)頻率材料級設(shè)計(jì)數(shù)值計(jì)算NOVA2. 聲學(xué)包裝開發(fā)主要內(nèi)容目標(biāo)分解技術(shù)材料級設(shè)計(jì)技術(shù)總成級設(shè)計(jì)技術(shù)整車級設(shè)計(jì)技術(shù)2.1

目標(biāo)分解技術(shù)空氣噪聲

源-路徑-接收體

模型傳遞路徑分析：已知聲源SWL和傳遞路徑ATF，求接受體SPL目標(biāo)分解：已知聲源SWL和接受體SPL，求傳遞路徑ATF)2ref根據(jù)定義 SWL

10lg(Π/Πref

) SPL

10lg(P

/

P令ΠPBNRw

P

P*

Π=

a a

4

c

Q

Q*帶入點(diǎn)聲源聲功率公式

100

PBNR

10

lg

a a

10

lg

P

P*

c

Q

Q*

得到當(dāng)Qa=1m3/s2

時(shí)

P

2

9.5PBNR

10

lg

Qa

帶入聲壓、聲功率參考值2

*10

5

P

2

*10

5

2PBNR

10

9.5

根據(jù)ATF定義PBNR

84.5

ATFSPL

SWL

84.5

ATF

allP2P

5

mm

1目標(biāo)分解的ATF路徑2.1

目標(biāo)分解技術(shù)聲音傳播方向聲源腔接收腔隔聲零件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

)進(jìn)一步處理SPL

SWL

STL

10

lg4Sa(

i

Si

)

(

o

So

)注：本頁公式至適用于單路徑傳播，且聲源腔、接收腔均為混響場目標(biāo)分解的吸隔聲路徑2.1

目標(biāo)分解技術(shù)9適用于全新開發(fā)車型，基于對標(biāo)車和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)分解，不要求開發(fā)車型的任何數(shù)據(jù)。開發(fā)中車型的目標(biāo)分解方法，需要車型的聲源聲功率數(shù)據(jù)和聲學(xué)包預(yù)定義方案。適用于換代或改款車型，需要原型車的聲源聲功率和ATF數(shù)據(jù)。基于數(shù)據(jù)的空氣噪聲目標(biāo)分解基于算法的空氣噪聲目標(biāo)分解基于概念模型的空氣噪聲目標(biāo)分解0.80.60.40.20目標(biāo)分解方法2.1

目標(biāo)分解技術(shù)基于數(shù)據(jù)的目標(biāo)分解關(guān)鍵問題：將單一目標(biāo)分解至各條傳遞路徑，即通過m+1個(gè)方程求解2m個(gè)未知數(shù)發(fā)動機(jī)貢獻(xiàn)左前輪貢獻(xiàn)……發(fā)動機(jī)艙吸聲內(nèi)前圍隔聲……地板隔聲車門玻璃隔聲……)2refSPL

10lg(P

/

PP2=P2

P2

P21 2 n解決方案：根據(jù)數(shù)據(jù)庫或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對各路徑的貢獻(xiàn)進(jìn)行分配計(jì)算總能量車內(nèi)噪聲根據(jù)數(shù)據(jù)庫或經(jīng)驗(yàn)得到各路徑能量分配22iP

=

P得到路徑ATF目標(biāo)SPLi

SWLi

84.5

ATFi

根據(jù)數(shù)據(jù)庫或經(jīng)驗(yàn)得到某路徑上的能量傳播分配，得到聲學(xué)包裝吸隔聲目標(biāo)ii

io

o4

SATF

84.5

STL

10

lg

a (

S)

(

S

)2.1

目標(biāo)分解技術(shù)基于數(shù)據(jù)的目標(biāo)分解10090807060504005006308001000125016002000250031504000500063008000聲源SWL區(qū)間定義00.511.54005006308001000125016002000250031504000500063008000ATF路徑能量分配ATF目標(biāo)分解吸隔聲路徑能量分配聲學(xué)包隔聲性能目標(biāo)分解聲學(xué)包吸聲性能目標(biāo)分解基于數(shù)據(jù)的目標(biāo)分解算法，得到的是吸隔聲性能的目標(biāo)區(qū)間，結(jié)果偏保守。2.1

目標(biāo)分解技術(shù)2.1

目標(biāo)分解技術(shù)基于算法的目標(biāo)分解關(guān)鍵問題：將單一目標(biāo)分解至各條傳遞路徑，即通過m+1個(gè)方程求解2m個(gè)未知數(shù)m nmin

F

(ATFij

ATF0ij)2j

1i

1

s.t.

SPLall

SPLobj

ATFij

ATF0ij

LMj i

1,2...nj

1,

2...m解決方案：根據(jù)工程實(shí)際問題補(bǔ)充目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)造優(yōu)化模型基于車型改動最小 基于車內(nèi)噪聲最低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通過優(yōu)化算法(粒子群算法PSO、多島遺傳算法、自適應(yīng)模擬退火算法等)調(diào)用傳遞路徑方法進(jìn)行求解，得到符合要求的各路徑ATF分配。2.1

目標(biāo)分解技術(shù)2.1

目標(biāo)分解技術(shù)基于算法的目標(biāo)分解

以某前置前驅(qū)轎車80km/h工況為例，進(jìn)行基于算法的車內(nèi)空氣噪聲目標(biāo)分解。原型車聲載荷及傳遞函數(shù)測試聲載荷SWL測試結(jié)果傳遞函數(shù)ATF測試結(jié)果得到各路徑的ATF值之后，就可以進(jìn)一步將ATF目標(biāo)分解至聲學(xué)包裝零部件的吸隔聲性能上，從而具體指導(dǎo)零件設(shè)計(jì)、制造。優(yōu)化結(jié)果2.1

目標(biāo)分解技術(shù)2.1

目標(biāo)分解技術(shù)基于概念模型的目標(biāo)分解整車SEA概念模型統(tǒng)計(jì)能量方法對結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不敏感，只與關(guān)鍵零件的吸、隔聲性能有關(guān)。關(guān)鍵總成整車尺寸參數(shù)定義整車SEA概念模型調(diào)校，包括整車尺寸、關(guān)鍵總成、聲學(xué)包預(yù)定義方案；建立優(yōu)化模型，以聲學(xué)包裝吸隔聲性能為設(shè)計(jì)變量，定義約束條件和目標(biāo)函數(shù)；調(diào)用優(yōu)化算法，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。序號模塊序號模塊1A柱總成14前輪罩總成2B柱總成15大地3車身內(nèi)飾16發(fā)動機(jī)罩4C柱總成17IP系統(tǒng)5D柱總成18后門總成6門檻梁19后輪罩總成7車門內(nèi)飾20頂蓋總成8發(fā)動機(jī)護(hù)板21頂蓋內(nèi)飾9翼子板總成22座椅總成10防火墻總成23側(cè)圍總成11地板總成24尾門總成12前保險(xiǎn)杠25玻璃13前門總成26空腔阻隔2.1

目標(biāo)分解技術(shù)2.1

目標(biāo)分解技術(shù)基于概念模型的目標(biāo)分解針對某SUV車型系列，進(jìn)行基于概念模型的目標(biāo)分解。概念模型的建立和調(diào)校防火墻總成STL15202530傳遞損失[dB]

優(yōu)化前優(yōu)化后0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000頻率

[Hz]地板總成STL優(yōu)化前后車內(nèi)噪聲優(yōu)化前優(yōu)化后差值2017.52.5防火墻282803330.52.51517.5-2.5地板2325.5-2.528280行李廂蓋板1385211652623.52.5

STLall357 327 30 2.1

目標(biāo)分解技術(shù)2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)多孔材料一般由固體相、流體相兩種介質(zhì)組成，固體相為材料的框架，流體項(xiàng)為飽和流體（一般為空氣）?？蚣芟嗷ソ诲e連接，形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，空氣則充斥于網(wǎng)格之中。根據(jù)多孔材料框架剛性的不同，可以分為剛性材料、柔性材料和彈性材料三類。多孔材料剛性多孔材料柔性多孔材料彈性多孔材料框架剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣剛度，假定不發(fā)生任何位移和變形，聲波傳遞時(shí)框架不振動。例：金屬纖維材料框架剛度極低，不抵抗外力場，內(nèi)部應(yīng)力場消失。例：吸音棉、毛氈框架剛度介于剛性、柔性材料之間，材料內(nèi)存在聲-固耦合。例：PU發(fā)泡聲學(xué)材料分類2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)剛性材料柔性材料彈性材料固體相參數(shù)彈性模量

E○○●泊松比

○○●密度

1●●●損耗因子

s○○●液體相參數(shù)流阻

●●●孔隙率

●●●曲折因子

●●●粘性特征長度

●●●熱特征長度

'●●●幾何參數(shù)厚度 d●●●BIOT理論通過固體相和流體相參數(shù)來進(jìn)行單層聲學(xué)材料吸聲系數(shù)和傳遞損失仿真分析。流阻：單位厚度材料兩側(cè)壓力與速度的比值，反映氣流通過材料的阻力；孔隙率：空隙體積占總體積的百分比；曲折因子：反映孔隙結(jié)構(gòu)彎曲程度的參數(shù)；粘性特征長度、熱特征長度：反映孔結(jié)構(gòu)對聲能量耗損的作用程度和形式。BIOT聲學(xué)參數(shù)2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)材料參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)測試聲學(xué)包平板件吸隔聲性能，并反求材料參數(shù)，包括孔隙率、流阻等；根據(jù)材料參數(shù)對零件吸隔聲性能進(jìn)行仿真分析；優(yōu)化材料參數(shù)，在滿足性能要求的條件下減輕零件質(zhì)量。2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)材料組合優(yōu)化設(shè)計(jì)在材料不變的條件下，優(yōu)化多材料聲學(xué)包零件材料組合，如雙密度氈零件軟層、硬層毛氈的密度、厚度等，實(shí)現(xiàn)聲學(xué)包零件輕量化設(shè)計(jì)。硬層毛氈+PE+軟層毛氈2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)2.3

總成級設(shè)計(jì)技術(shù)聲源特征分析與輕量化模型建立聲源特征分析聲學(xué)包隔聲區(qū)域劃分輕量化模型建立分析、測試關(guān)鍵總成聲源側(cè)聲壓或聲功率分布，形成聲壓分布圖或聲功率分布圖根據(jù)聲源側(cè)聲壓、聲功率分布和車內(nèi)噪聲目標(biāo)，將聲學(xué)包零件分為若干子區(qū)域通過變厚度、多材料等手段，結(jié)合制造、工藝、空間約束，建立輕量化模型2.2

材料級設(shè)計(jì)技術(shù)2.3

總成級設(shè)計(jì)技術(shù)總成級聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)020103關(guān)鍵總成吸隔聲性能仿真分析通過混響-半消測試防火墻、地板總成的傳遞損失，并得出鈑金、聲學(xué)包、過孔貢獻(xiàn)。建立防火墻、地板總成的SEA模型，并對其NR及傳遞損失進(jìn)行分析。關(guān)鍵總成吸隔聲性能優(yōu)化結(jié)合仿真、測試結(jié)果和聲學(xué)包目標(biāo)，對內(nèi)前圍、外前圍、地毯進(jìn)行的覆蓋率、厚度分布進(jìn)行優(yōu)化，對過孔零件提出優(yōu)化建議。關(guān)鍵總成吸隔聲性能測試dB

優(yōu)化前 優(yōu)化后100806040200400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000厚度分布（%）優(yōu)化前優(yōu)化后EVA表層0.50.0015PU_5mm14.110.61PU_10mm22.266.98PU_15mm18.510.12PU_20mm27.25.589PU_25mm9.25.715PU_30mm8.30.9751總質(zhì)量(Kg)4.2153.9112.3

總成級設(shè)計(jì)技術(shù)局部工藝設(shè)計(jì)根據(jù)過孔零件特點(diǎn)和局部隔聲要求，設(shè)計(jì)聲學(xué)包零件過孔區(qū)域結(jié)構(gòu)和局部區(qū)域結(jié)構(gòu)，在工藝、空間約束下實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)與輕量化目標(biāo)。開門式過孔開窗式過孔十字式過孔支架安裝區(qū)域局部結(jié)構(gòu)2.4

整車級設(shè)計(jì)技術(shù)聲學(xué)包參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)詳細(xì)SEA模型調(diào)校1聲學(xué)包優(yōu)化模型建立2聲學(xué)包參數(shù)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)3根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)校整車詳細(xì)SEA模型，并定義工況和聲載荷定義聲學(xué)包材料的吸隔聲性能、覆蓋率、質(zhì)量、成本參數(shù)，并設(shè)置其變化范圍。以材料類型、厚度、覆蓋率為設(shè)計(jì)變量，以聲學(xué)包重量為目標(biāo)，NVH性能為約束，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，在滿足NVH性能的條件下實(shí)現(xiàn)聲學(xué)包質(zhì)量最小化內(nèi)前圍插入損失(dB)403020100優(yōu)化算法SEA分析數(shù)據(jù)處理最優(yōu)解2.4

整車級設(shè)計(jì)技術(shù)聲學(xué)包方案的DOE優(yōu)化組合設(shè)計(jì)因素與水平定義：定義各聲學(xué)包零件為因素，定義聲學(xué)包零件的各個(gè)方案為水平；SEA模型自動集成計(jì)算：建立SEA分析與DOE算法間的集成，實(shí)現(xiàn)大批量運(yùn)算和數(shù)據(jù)自動處理；DOE分析與最優(yōu)組合的選擇：通過DOE分析得到各因素對NVH性能的貢獻(xiàn)，通過取消、減輕貢獻(xiàn)較小的聲學(xué)包零件實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。DOE分析Pareto圖DOE分析主效應(yīng)圖3. 聲學(xué)包裝開發(fā)工具汽車NVH性能數(shù)據(jù)庫聲學(xué)材料性能仿真與參數(shù)擬合系統(tǒng)AMIS聲學(xué)包裝開發(fā)小工具3.1汽車NVH性能數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫目前包括156款車型、115類試驗(yàn)的NVH數(shù)據(jù)，涵蓋主流品牌車型幾乎所有NVH試驗(yàn)結(jié)果，集成中汽中心工程院NVH優(yōu)化案例203項(xiàng)；依托中汽中心工程院研發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫車型、試驗(yàn)與案例數(shù)據(jù)持續(xù)更新，預(yù)計(jì)每月新增10項(xiàng)以上；集車型信息、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)清單、工程案例、測試規(guī)范于一體，具有數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、對比、導(dǎo)出等功能，為汽車開發(fā)提供專業(yè)、豐富的大數(shù)據(jù)支持。3.2AMIS產(chǎn)品功能材料聲學(xué)性能仿真材料聲學(xué)參數(shù)識別材料參數(shù)與組合優(yōu)化設(shè)計(jì)特色優(yōu)勢基于國際最新成果完成算法開發(fā)，仿真分析與參數(shù)識別精度高于同類產(chǎn)品具有優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)材料參數(shù)與組合方案的自動化設(shè)計(jì)內(nèi)置吸隔聲性能數(shù)據(jù)庫，集成中汽中心吸隔聲試驗(yàn)室多年測試數(shù)據(jù)兼容多品牌相關(guān)軟件、設(shè)備數(shù)據(jù)聲學(xué)材料性能仿真與參數(shù)擬合系統(tǒng)(AcousticMaterial

Simulation

andIdentification

System,

AMIS)是一種易于使用、靈活和強(qiáng)大的聲學(xué)包設(shè)計(jì)解決方案，用于實(shí)現(xiàn)聲學(xué)特性材料的性能預(yù)測、參數(shù)反求和優(yōu)化設(shè)計(jì)。3.2AMIS結(jié)果信息AMIS具有線性簡約操作流程，仿真分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和參數(shù)反求三大模塊高效快速地實(shí)現(xiàn)了材料的聲學(xué)性能精準(zhǔn)仿真、聲學(xué)參數(shù)最優(yōu)設(shè)計(jì)及特征參數(shù)一鍵反求等功能。仿真模塊優(yōu)化模塊反求模塊軟件界面3.2AMIS仿真分析模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊參數(shù)反求模塊020008000 100000.00.10.20.30.40.50.6吸聲系數(shù)4000 6000頻率

(Hz)NOVAAMIS02000800010000042352821147NOVAAMIS傳遞損失

(dB)4000 6000頻率

(Hz)02000800010000024681012傳遞損失

(dB)4000 6000頻率

(Hz)優(yōu)

化前

化后優(yōu)優(yōu)化前優(yōu)化后剛性密度1610剛性厚度0.030.05柔性密度3325柔性厚度0.0350.018總質(zhì)量1.6350.95功能模塊介紹3.2AMIS強(qiáng)大的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能便捷簡約的操作流程豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫兼容常用聲學(xué)包相關(guān)軟件、設(shè)備數(shù)據(jù)AMIS優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊集成了進(jìn)化算法、粒子群算法、模擬退火算法等多種優(yōu)化方法，可以自動生成材料聲學(xué)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和多層材料組合優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。AMIS采用線性操作流程，用戶可以方便的在