电动汽车关键声学包轻量化研究

刘秀影　韩鹏

摘要：电动汽车是目前新能源汽车中取得广泛应用的一种，本文结合当前对电动汽车轻量化设计的需求，对电动汽车关键声学包轻量化进行了研究。在不影响电动汽车零部件声学性能的前提下，通过仿真与试验的方式对汽车中的声学包材料进行优化，使之在原有基础上减轻了53%的重量。

关键词：电动汽车;声学包;轻量化

0  引言

随着国家对环保的要求提高，各大车企均主要发展电动车的开发，电动车取代燃油车成为一种必然趋势[1]。但电动汽车由电池供电，因此其在续航上显然不如传统汽车。为了提升当下电动汽车的续航与安全性，对汽车进行轻量化，减少汽车自重产生的电耗成为了提升电动汽车续航的关键所在。而轻量化的前提是在保证电动汽车声学部件的性能的前提下对其进行减重，本文所使用的仿真与试验结合的方式对于减轻电动汽车声学包的重量效果较好，期待能够在其他新能源汽车研究上得到应用。

前围内隔音垫是汽车声学包的关键部件之一，其吸隔音性能影响着整车的声学性能[2]。本文采用SEA方法分析前围内隔音垫轻量化，在不降低声学性能的前提下，满足电动车NVH要求的情况，对前围内隔音垫的材料进行选择，以达到降重降本的目的。

本文基于某车型的整车VTS对声学内饰件进行目標分解，获得吸隔音目标曲线，在满足性能的前提下，对前围内隔音垫的减重要求和前围内隔音垫隔声性能，对其进行轻量化分析。结合理论、仿真分析、试验验证前围内隔音垫的结构、材料对前围系统隔声性能的影响，最终得到减重同时性能达标的前围内隔音垫方案，并通过前围系统隔声量试验测试验证分析结果。此结论可为前围系统设计及整车声学包设计优化提供指导与参考。

1  声学目标分解

本文以某款电动车型为例，基于整车主要声源水平及车内VTS指标进行分解，科学的制定整车声学包性能目标，再依据获得的整车ATF性能向下逐级分解到部件级及材料级声学指标。部件级目标向材料级目标的分解中，综合考虑了内饰覆盖率与厚度分布的影响，并将其作为目标设定的一部分，目标分解思路如图1。

2  基于整车VTS获得声学目标标

排查优化过程主要分成四个小阶段，在明确整车VTS指标前提下，首先，选取同类噪声源（电机、轮胎），并进行噪声水平区间分析;其次，分析不同工况下主要噪声源的贡献比例（不同频带），作为后续分析中载荷定义的依据;再次，在上基础上选取代表性工况（较恶劣）;最后，通过不同工况下声源-目标的传递特性综合得出整车ATF/NR目标。

分析不同工况声源分布及各主要声源对车内噪声的贡献水平，可得出各声源至车内目标点的声音衰减量，即NR与ATF存在线性对应关系，其仅与声源侧当量吸声面积相关，从而获得前围内隔音垫的吸隔声性能目标。

3  电动汽车声学包性能分析

电动汽车中的噪音与传统汽车不同，由于电机取代发动机，风噪和路噪凸显，主要包含更多的高频噪音，因此在进行电动汽车的声学包轻量化工作时，消除其中的高频噪音是取得较好研究效果的关键[3]。

3.1 轻量化结构

内前围作为汽车中的主要隔音部件，常用材料结构为“重层+软层”这类结构，但重层材料密度高，隔音性能较好，主要用于传统燃油车，阻隔发动机噪声，但对于电动车型，电机取代发动机，原有发动机背景噪音小时，电机的高频噪音成分增加，需要通过优化材料种类提高吸音性能。为此，我们将内前围的结构由传统的“重层+软层”改为“软层+软层”，经测试发现优化后的内前围除隔声性能较好，还具有较强的吸音性能，并且全部使用软层还可以有效地减轻内前围的重量。（图2）

3.2 效果验证

为验证此方案是否满足整车VTS指标，对比原方案和轻量化方案的声学性能，对前围内隔音垫实施轻量化方案后的车型进行光滑路面匀速60km/h工况的车内噪声测试，提取驾驶员右耳声压级，测试结果如图3。

由噪声测试曲线对比可知，轻量化方案与原方案基本相当，在630Hz-2000Hz频段噪声水平优于原状态，满足整车VTS，说明轻量化方案可行。

4  结论

前围系统隔声性能的优劣将直接影响到车内噪声水平的高低，合理的轻量化设计，既可以降低重量，提高电动车续航，又可以提高车内驾乘人员声品质。通过前述分析可得出如下结论：

①基于整车主要声源水平及车内VTS指标进行分解，科学的制定整车声学包性能目标，再依据获得的整车ATF性能向下逐级分解到部件级及材料级声学指标，综合考虑成本、重量和性能，来选择适当厚度和材料的前围内隔音垫，可以有效指导声学包的前期设计。

②对于电动车型将内前围的结构由传统的“重层+软层”改为“软层+软层”，可以有效地减轻内前围的重量，优化后的内前围除隔声性能较好，还具有较强的吸音性能。

总之，通过声学包目标分解和仿真分析对前围隔音垫材料进行调整，提出了降重方案，在降低重量和成本的同时，提升了整车声学性能，为电动车型的声学包设计提供了有效的指导方法。

参考文献：

[1]叶展宁.电动汽车的现状及前景研究[J].中国战略新兴产业，2018（12）：17.

[2]庞剑.汽车振动与噪声理论与应用[M].北京理工大学出版社，2006.

[3]康强，顾鹏云，李洁，等.电动汽车电驱动高频啸叫噪声评价方法研究[J].汽车工程，2019（6）.

[4]宋韩龙.研究电动汽车串联锂电池组电量均衡及控制策略[J].内燃机与配件，2019（24）：201-203.