动力总成隔声罩对车外噪声影响仿真分析
袁正萍 杨少刚 郝奕 陈钊 曹源
430056） （东风商用车有限公司技术中心，武汉 【摘要】以某商用车为研究对象，进行了发动机动力总成隔声罩方案设计，利用 Actran软件作为仿真平台，分别建立了车外噪声原车仿真模型和各设计方案的隔声降噪仿真模型，实现了不同结构、吸声材料及厚度的动力总成隔声罩对车外噪声的影响仿真分析，并得出最优隔声罩方案，为车外噪声隔声降噪方案的制定提供理论依据。 主题词：发动机 隔声罩 车外噪声 仿真U461.4 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20181030中图分类号： 文献标识码： DOI:
Simulation Analysis of the Impact of Powertrain Acoustic Shield on Vehicle Exterior Noise
Yuan Zhengping, Yang Shaogang, Hao Yi, Chen Zhao, Cao Yuan Dongfeng Commercial Vehicle Technical center, Wuhan, 430056） （ Abstract An engine powertrain acoustic shield plan was designed for a commercial vehicle. With Actran software as【 】simulation platform, exterior noise simulation model, sound insulation and noise reduction model were established, in which the effect of powertain acoustic shield with different structure, acoustic material and thickness on the exterior noise was simulated, thus the optimal acoustic shield plan was obtained, providing theoretical foundation for the establishment of sound insulation and noise reduction plan for exterior noise. Key words: Engine, Acoustic shield, Vehicle exterior noise, Simulation
1 前言
汽车车外噪声作为环境污染的主要噪声源之一，是衡量汽车品质水平的重要指标。发动机动力总成噪声是车外噪声的主要来源，故在车外噪声的控制中，动力总成隔声罩的应用已经非常普遍[1]。在隔声罩的设计中，往往需要通过大量试验来确定最优方案，从而导致时间和成本的极大浪费。本文以某商用车为平台，
Actran
进行了动力总成隔声罩的设计，基于 软件建立了车外噪声隔声降噪仿真模型，通过仿真分析得出了最优隔声罩方案，为车外噪声隔声降噪方案的制定提供理论依据。
2 隔声罩设计方案
隔声罩一般由隔声层和吸声层组成，通过隔声和吸声的作用起到降噪的效果。发动机动力总成通过隔声罩的遮蔽来降低其辐射的车外噪声。根据隔声罩的遮蔽范围可将隔声罩分为局部隔声罩和全隔声罩[2]。为了 分析不同结构隔声罩的降噪效果，设计了几种隔声罩结构方案：
a.
发动机纵向隔声罩；
b.
发动机动力总成底部隔声罩；
c. a+b； d. c+
发动机顶部隔声罩；
e. d+
变速器顶部隔声罩；
f.
发动机动力总成全包。
隔声罩的隔声层应具有足够大的透射损失，可选择隔声性能较好的钢板作为隔声层，钢板的隔声性能
1
如表 所列。隔声罩的吸声层应采用具有较好吸声性能的吸声材料及合理的厚度，吸声材料的吸声系数一
0.5 3
般不应低于 。为此，分别选择 种材料和两种厚度
3
的吸声层进行降噪效果分析，种材料分别为聚氨酯泡沫、三聚氰胺和铸造泡沫；考虑发动机仓空间大小的限
10 mm 25 mm
制，选择 厚和 厚的吸声层[3]。
3 隔声降噪仿真建模 3.1 外场声学仿真方法
Automati⁃
目前无限元方法和自适应完美匹配层（
cally Perfectly Matched Layers，AML）
方法广泛应用于远场辐射仿真中。无限元技术是一种基于半解析的方法，由于其插值阶数是唯一的，一般在低频且窄带频率范围
AML
内仿真效率和精度较高； 技术为自动匹配声辐射边界条件，随着频率变化可自动定义吸收层和吸收系
Actran
数，适用于高频且宽频范围内的仿真。本文以 软
AML
件仿真平台，低频采用无限元仿真方法，高频采用仿真方法，求解车外噪声。以某结构的声辐射问题为例，模拟该问题需要将结构临近的空气域离散为网格模型，包含声学有限元层
3D 2d
网格和边界层 网格模型，并将两者耦合在一起。其中声学有限元域用于模拟近声场，而在边界层上定义
1
无反射边界条件用于模拟远场声辐射，如图 所示。
3.2 隔声罩降噪声学建模
3.2.1
整车及隔声罩声学建模按照外场声学仿真方法建立整车声学模型，包括整车近场有限元层和边界层（辐射层）。由于发动机噪声和排气噪声是主要的噪声源，这里对整车模型进行了简化，只保留与排气和发动机相关的车辆结构部分，以降低仿真计算的工作量。原车及加隔声罩的整车声学模
2 3 Actran
型如图 和图 所示。在 软件中，定义整车近场
3D
空气域 网格为空气属性，定义边界层在低频为无限
AML
元属性，高频为 属性。 隔声罩为两层结构，钢板作为基层板，其厚度仅为
2D
几毫米，可以用有限元 网格来建模；具有一定厚度
3D 2D
的多孔吸声材料需建立有限元 网格，将 单元和
3D 4 Actran
单元耦合在一起，如图 所示。在 软件中，定义钢板的参数为弹性参数，包括杨氏模量、泊松比、密度；定义吸声材料的参数除弹性参数外还包括几何参数，如流阻、孔隙率、曲率、特征粘性长度和特征热效长度等。另外，还需建立隔声罩与周围空气域的耦合关系，实现结构网格上的数据与空气网格上的数据进行
4
映射，如图 所示。 3.2.2
原车及隔声降噪仿真建模完成整车和隔声罩声学建模后，分别针对原车的声学模型和加隔声罩的整车声学模型添加声源激励，主要为发动机和排气噪声源，以点声源的方式来模拟发动机
6
个面及排气的声源，然后按照车外噪声测点坐标定义计算场点，最后设置仿真频率及步长，建立车外噪声原车仿真模型和不同隔声罩方案的车外噪声隔声降噪仿
5 6
真模型，如图 和图 所示。
4 隔声降噪仿真分析
首先分析不同结构隔声罩对车外噪声的影响，针对