车内低频声学特性分析与优化

摘要

随着汽车产业的发展，消费者们在选购车辆时也变得愈来愈理性。在汽车性能的各项指标中，NVH性能由于关系到乘车舒适性，已成为消费者着重考虑的指标之一。噪声作为最直接影响人们驾乘体验的因素，往往也被优先考虑。而噪声中与汽车结构有关的20-200Hz低频噪声由于会引起驾驶员和乘坐者极大地不适，在汽车开发中应重点考虑这一频率段的声学特性。
　　车内的低频噪声很大程度上来源于汽车行驶过程中车身薄板的振动，为了保证驾驶员与乘客的乘车舒适性，车厢内由薄板结构振动辐射的噪声水平应尽可能降低。论文基于考虑多个场点与多个峰值频率的改进的综合声学贡献量确定关键板件，运用形貌优化、尺寸优化、基于响应面模型的遗传算法优化与基于模态应变能的阻尼减振材料布置等方法对电动汽车的车内低频声学特性进行优化。
　　首先，在有限元软件HyperWorks中建立某纯电动汽车的白车身有限元模型，并进行自由模态分析。通过与对标车型白车身模态数据进行对比，验证该电动汽车白车身有限元模型的有效性。以此为基础，建立封闭车身有限元模型，在NX Nastran中完成了0-400Hz封闭车身自由模态分析。
　　其次，建立包含驾驶员、座椅模型的考虑内饰阻抗系数的声腔边界元模型，采用基于模态叠加法计算结构响应的ATV声传递向量法进行20-200Hz的车内低频声学特性频响曲线求解。论文采用改进的综合声学贡献量分析方法，综合考虑驾驶员右耳和后排座椅中央这两场点处多个峰值频率的影响，确定顶棚、后背门、左后门、左下后围、右上后围、防火墙和后地板等板件作为车内低频声学特性优化的关键板件。
　　再次，对于综合声学贡献量最大的顶棚区域，通过与竞品车型对比确定添加辅助加强筋与敷设阻尼减振材料的优化方案。基于形貌优化确定辅助加强筋的布置位置；基于尺寸优化得到顶棚结构各部件的最优厚度；基于顶棚综合声学贡献量，得到阻尼减振材料的有效布置区域；基于近似模型的遗传算法优化，获得阻尼减振材料的最佳厚度分配。经过上述组合优化，得到顶棚区域的优化结构，有效地优化了电动汽车的车内低频声学特性。
　　最后，在顶棚区域结构优化的基础上，基于20-200Hz综合模态应变能，确定了其余板件的阻尼减振材料布置区域。通过敷设自由阻尼的方式，进一步优化了电动汽车的车内低频声学特性。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

2 电动汽车车身有限元建模

2.1 引言

2.2 白车身有限元模型的建立与模态分析

2.3 封闭车身有限元模型的建立与模态分析

2.4 本章小结

3 车内低频声学特性与综合声学贡献量分析

3.1 引言

3.2 声固耦合理论基础

3.3 车内低频声固耦合模型的建立

3.4 车内低频声学特性分析

3.5 改进的综合声学贡献量分析

3.6 本章小结

4 基于顶棚设计改进的车内低频声学特性优化

4.1 引言

4.2 基于形貌优化的顶棚结构优化设计

4.3 基于尺寸优化的顶棚结构优化设计

4.4 基于综合声学贡献量的顶棚阻尼优化设计

4.5 基于近似模型的顶棚阻尼厚度优化设计

4.6 本章小结

5 基于模态应变能的车内低频声学特性优化

5.1 引言

5.2 车身主要结构的模态应变能分析

5.3 阻尼减振材料的布置

5.4 优化结果验证

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 对后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目：