汽车防火墙总成隔声性能不确定性分析与优化
王旭芳 杜建科 郝耀东 李洪亮 董俊红 （
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【摘要】为降低制造、装配等过程中不确定性因素对防火墙隔声性能的影响，基于随机不确定性优化理论提出了一种不确定条件下防火墙声学包性能设计优化方法。该方法应用统计能量分析（ 建立汽车防火墙总成模型，通过多岛遗传算法与随机不确定性优化理论，使降噪幅度和质量等指标达到最优。将该方法应用于某车型，结果表明，优化后汽车防火墙隔声量平均提高约 质量降低 插入损失结果中标准差占均值的比例由 下降到 进一步确保了结果的稳健性。
车型防火墙前围隔声性能薄弱的主要原因在于其密封性不足的结论，并通过更换声学包材料提高其隔声量[6]。
常规的开发过程往往综合考虑防火墙前围材料的厚度、面密度、成本、覆盖率等，该过程选用的大多是确定性的参数。然而，零件在实际生产、加工、测量等过程中必然存在一定误差，即参数的不确定性，使得产品实际性能与设计目标存在一定差距。而如何减少不确定性因素对产品质量的影响，对于提高防火墙隔声性能稳定性有着重要的研究意义。
本文基于随机不确定性优化理论提出一种不确定条件下防火墙声学包隔声性能设计优化方法，以某车型为研究对象，用统计能量分析方法建立汽车防火墙总成模型，对不同声学包覆盖率组合的防火墙总成模型进行隔声性能分析，并通过多岛遗传算法与随机不确定性优化理论，对汽车防火墙系统进行优化，得到使传递损失和质量等指标达到最优的各声学包覆盖率分配方案。
2 防火墙隔声模型建立与隔声性能分析2.1汽车防火墙总成结构与模型搭建
防火墙总成多由车身钣金、吸音层、隔音层组成，吸音层选用一定厚度的吸声材料辅助吸收噪声，例如聚氨
Polyurethane，PU）
基甲酸酯（ 发泡、毛毡、吸音棉等，隔音层选用高致密的隔音材料，例如醋酸乙烯酯共聚物
Ethylene Vinyl Acetate，EVA）
（ 。从声学设计的角度，吸音层介于车身钣金与隔音层之间，形成隔声效果更好的双层板隔声结构，并且其本身又具有吸声和隔振的作用。在多数车型中，吸音层采
PU
用模塑的 发泡，为保证与车身结构的几何形状贴合，
5~30 mm 1
其厚度通常在 范围内。如图 所示，声能在传播过程中，部分被反射或吸收，部分透射进入车内[7-9]。
中应使用橡胶对防火墙前围的过孔进行密封，以确保仿
SEA 2真结果的准确性，防火墙 模型如图 所示。
SEA
完成防火墙 模型之后，在其两侧建立声腔，分别用于模拟混响室和消声室，并在混响室声腔加上大小
1 Pa SEA 2
为 的声约束。最后，对所有 子系统与 个声腔
3
创建连接关系，如图 所示。
2.2前围隔音垫性能测试
Transmission Loss，TL）
传递损失（ 是衡量被测试件声学性能的重要指标。声学包材料覆盖前、后测得的传递损失的差值通常称为插入损失[10- 12]。传递损失的计算方法为：
10lg TL =
Wi
Wi Wt
1） （
3.1确定性优化
1~ 7 1~
选取方案 方案 声学包的覆盖率 作为设计
7
[0,1]，
变量，各声学包覆盖率取值范围均为 覆盖率之和
1
不超过 。综合考虑防火墙的吸隔声性能与控制声学包总成总质量的要求，选取插入损失IL与声学包材料质量W W= 4.6 kg
为优化目标，初始模型中 。本文的设计目标是在质量不增加的前提下，获得更加合理的声学包覆盖率分配方案，使其隔声性能达到最优。因此，该优化问题可描述为：
≤
定性较差。
应用该方法对某车型防火墙声学包覆盖率进行优
0.6~8.0 kHz
化，结果表明，该方法不仅使隔声性能在 频段内得到大幅提高，并且插入损失结果中标准差占均值
5.36% 2.57%，
的比例由 下降到 得到稳健性、隔声性能、总质量更优的覆盖率方案。
参考文献