等效辐射声功率在改善关门声品质中的应用

孙寿峰

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

随着汽车行业的发展，车辆乘坐舒适性越来越受到用户重视。文献[1]显示，整车1/3 的故障与车辆NVH性能有关，用户反映的市场问题也有约25%与NVH 相关。目前，国外汽车设计通过等效辐射声功率（Equivalent Radiated Power，ERP）分析方法进行车身表面阻尼敷设位置及形状优化的技术已经较为成熟，国内行业专家也在不断深入研究该领域，并根据ERP 仿真方法和结果对车身进行优化。文章以车门外板为例，对补强胶板粘贴位置进行ERP 分析，对比不同位置的结果，得到关门声品质相对较好的方案。

1 关门声品质评价与影响因素

1.1 关门声品质的评价参数

声音的评价标准一般包括声压等级、响度及尖锐度[2]。其中，响度和尖锐度是表征人们对声音感知的2 个重要的心理学参数。响度（Loudness）是人对声音大小的主观感觉指标，其单位为sone，1 sone 是指1 kHz 纯音，声压级为40 dB 时的响度。

尖锐度（Sharpness）是衡量声音中高频成分多少的心理学指标，影响人们对声音音调高低的评价，其单位为acum，1 acum 定义为中心频率为1 000 Hz，宽带为150 Hz 的声音，声压级为60 dB。

1.2 关门声品质的影响因素

在汽车关门时，声源主要来自车门与车身的碰撞、门锁的碰撞及车门内外板的噪声辐射。车门与车身之间有密封条、防撞块，碰撞产生的声音多为低频成分，是响度的主要贡献者；门锁撞击声包括低频和高频成分，以高频为主，对尖锐度影响很大；车门板的辐射声由机械共振引起，以中频为主。

2 ERP 分析理论

ERP 分析是频响分析中一种较为常用的分析方法[3]，主要通过评估辐射表面上的速度响应来计算在特定的激励下钣金动力学最大的可能辐射能量。

ERP 计算公式，如式（1）所示。

式中：ERP——等效辐射声功率，W；

δ——辐射损耗因子；

C——声速，m/s；

ρ——流体密度，kg/m3；

Ai——单元面积，m2；

vi——单元法向速度，m/s。

根据分贝计算公式，换算后得到：

式中：P——缩放因子，P=1.0；

R——声压参考值，R=2×10-5Pa。

车门与车身碰撞时，冲击力传递到内板和外板上，引起振动。内板和外板都是薄壁板，受到振动激励后，会对外辐射噪声。可通过抑制板件振动、增加板的刚度和阻尼等方法来降低辐射噪声。ERP 分析可以用于计算板件的辐射声功率，找到薄弱区域，针对峰值点进行优化，以期达到降低辐射声功率、改善声品质的目的。

3 关门声品质问题介绍

某自主车型在关门声品质评价中发现，前车门以最小关门力关门时，车门外板有轻微的轻脆辐射声，以较大力关车门时，车门外板轻脆声非常明显，声品质较差。

经过试验部门的实车测试，相关关门声品质评价参数结果，如表1 所示；车门关闭声声压级1/3 倍频程，如图1 所示；车门关闭声时域频谱，如图2 所示。

表1 原车关门声品质评价参数结果

图1 原车车门关闭声声压级1/3 倍频程

图2 原车车门关闭声时域频谱

4 问题改善

4.1 改善方向

关门声品质与车门板结构、门锁结构、密封系统有关。其中汽车的门锁润滑良好、密封胶条无老化，排除门锁、密封系统的原因，主要对车门板结构进行优化。

增加刚度的方法有使用板件冲筋、梁支撑和补强胶。因该车型已进入后期试验阶段，车门外板的形状已经确定，已不可能用冲筋的方法进行优化；车门外板本身设计为与防撞梁胶粘，增加梁的数量从成本上考虑也不太可能。所以可以通过使用补强胶的方法来提高车门外板刚度。

补强胶是一种柔软的胶板，贴在车门外板内侧，经过高温烘烤后，胶板变得非常坚硬。

文章对车门外板进行ERP 分析，针对辐射声功率较大的部位粘贴补强胶来提高声品质。

4.2 ERP 分析

4.2.1 分析模型

前车门主要由钣金件构成，包括内板、外板、窗框、防撞梁等结构，对各个部件进行网格划分，钣金件采用壳单元模拟，焊点采用实体单元模拟，防撞梁与车门外板采用膨胀胶连接，截取左前车门有限元模型，如图3所示。

4.2.2 分析工况

在车门铰链处进行约束，在车门锁点处施加1～1 000 Hz 的单位力，方向为垂直车门内板方向。根据车身部门工程师要求，只在车门外板防撞梁上部局部粘贴补强胶，因此只对局部进行ERP 分析计算。

4.2.3 结果及优化

通过原车ERP 结果可以看到，50 dB 以上的声功率主要集中在50～350 Hz 段内，其它频率段的贡献相对较小，如图4 所示。

图4 原车ERPdB 结果

在 77，93，130，197，232，252 Hz 处存在峰值，节点贡献量，如图5～图10 所示。

图5 77 Hz 处节点贡献量

图6 93 Hz 处节点贡献量

图7 130 Hz 处节点贡献量

图8 197 Hz 处节点贡献量

图9 232 Hz 处节点贡献量

图10 252 Hz 处节点贡献量

在辐射声功率较大位置布置补强胶片，可有效降低板件的振动辐射声。针对这一方案，结合等效辐射声功率节点贡献量云图，车身工程师提出2 种布置方式：

1）在手柄下方车门外板内侧布置一块200 mm×400 mm 的补强胶片，如图11 所示；

2）手柄下车门外板内侧布置一块200 mm×200 mm的补强胶片，一块150 mm×200 mm 的补强胶片，如图12 所示。

图11 补强胶片布置方案1

图12 补强胶片布置方案2

补强胶片厚度为1.2 mm，方案1 的补强胶片质量为120 g，方案2 的补强胶片质量为102 g。分别对2 种方案进行ERP 计算，计算频率为50～350 Hz。对比结果如图13 所示。

图13 原车与方案1、2 的ERPdB 分析结果曲线对比

通过结果对比，可以看出：

在 97，130，197，232 Hz 处方案均有效，且方案 2降低效果较明显。

4.3 试验验证

在实车上进行方案验证，评价参数如表2 所示。

表2 补强胶片与原车关门声品质评价参数对比

从表2 可以看到，相对原车，响度降低了12.5%，尖锐度降低3.9%，相对声压也有所下降。主观评价车门关闭声厚重而没有轻脆声，关门声品质改善明显；较大力关门声品质改善效果更明显。

5 结论

文章通过对补强胶片粘贴位置进行ERP 分析，对比了相同激励下ERP 峰值的结果，改进了钣金件的振动和噪声，并经过实车测试，达到了改善关门声品质的目的。

板件表面辐射声功率优化分析是一种有效的方法，文章介绍了该方法的简单应用，在实际工程中，可以将该方法应用到多个工况下，比如控制噪声传递函数，可以有效减少后期NTF 分析优化的时间等。

文章是对关门声品质优化措施的经验总结，该方法对其他车型的相关问题改善具有一定的指导作用。