某车型防火墙SEA模型分析与优化

某车型防火墙SEA模型分析与优化

原孝菊

江淮汽车集团股份有限公司技术中心

摘要：汽车前围防火墙是控制前围隔声性能的关键。在设计阶段，通过对前围防火墙钣金、覆盖的声学材料计方案选择，避免后期实车复杂的试验改进带来的时间和成本消耗。

关键字：前围防火墙；吸隔声材料；过孔元件；隔声量

1引言

汽车车身关键部件（防火墙等）隔声性能的优劣将直接影响到车内噪声水平。在车身设计阶段，通过对车身关键部件进行声学性能的预测分析，可在设计阶段对车身各部件的隔声性能有宏观了解，并可分析粘附其上不同规格内饰材料的声学性能，以评估内饰材料设计方案。基于以上分析可以作为车身关键部件及内饰材料优化方案的参考依据之一。

2防火墙隔声量SEA分析

前围部件主要用于屏蔽发动机舱与前轮噪声，其自身的隔声水平对整车的声学性能影响很大。通过分析防火墙钣金以及不同内前围组成、厚度和覆盖面积的防火墙隔声量，可对比不同因素对防火墙隔声性能的影响，对存在的风险进行预警和设计参考。

因目前待开发样车声学包尚未定义，故针对竞品车型声学包进行分析，以发现可能存在的风险。

2.1防火墙钣金件TL

基于防火墙有限元模型，建立较为详细的待开发样车防火墙SEA模型，共划分为46个结构子系统，如图1所示。钣金件材料定义依照FE数模进行，分别进行不考虑过孔（即过孔用周边等厚钢板替代）及过孔采用3mm橡胶（密度1100kg/m3）替代两种方式。

另建立两个声腔，用以模拟混响室与半消声室。将防火墙模型置于两声腔之间，在混响室加载1Pa单位声压，最后建立两声腔与防火墙之间的面连接，其对应的分析SEA模型如图2所示。

图1防火墙SEA模型

图2防火墙传递损失SEA模型

通过计算可知，两种过孔处理时，防火墙钣金传递损失如图3所示。

图3不同过孔处理下的防火墙(钣金)TL

由结果可知，过孔两种处理情况下对防火墙钣金件隔声性能影响基本一致，考虑到过孔的实际结构，后续分析过孔采用3mm橡胶模拟。

2.2防火墙安装前围状态下TL

为分析前围不同状态（覆盖、厚度、泄漏等因素）对其隔声性能可能产生的影响，就几种前围状态下防火墙隔声性能进行分析对比，分析状态见表1。分析中前围插入损失为实测值（主要基于对标车某竞品前围测试数据；部分缺失的前围数据，并基于CATARC现有数据库，选取同等前围结构，相近克重内前围的不同厚度插入损失数据进行），其中不同厚度前围插入损失值见表2。

通过对某竞品内前围进行解析，其大部分厚度分布在15~20mm，以下分析中等厚分析中采用17mm厚度进行。

表1分析用内前围不同状态

表2各前围插入损失实验室测试值（dB）

2.2.1前围不同覆盖情况下防火墙隔声性能

针对前围不同覆盖情况进行分析，以评估前围覆盖对防火墙隔声性能的影响。防火墙隔声性能对比如图4所示。

图417mm等厚前围不同覆盖下防火墙隔声性能对比

经分析，过孔隔声相当于3mm橡胶+12mm前围的隔声水平（case3）时，其隔声性能与采用17mm厚内前围全覆盖（case1）相当。但当过孔只相当于3mm橡胶（或防火墙钣金）水平时，其隔声性能将大幅衰减，尤其在高频时，其隔声性能衰减达30dB以上。故在实际设计时，对过孔的隔声要求达到防火墙钣金覆盖12mm内前围的水平，以控制整个防火墙隔声性能的衰减。

2.2.2内前围不同厚度分布下防火墙隔声性能

内前围的实际安装状态无法达到等厚布置，也难以达到100%全覆盖，通过对比实际内前围厚度分布下防火墙的隔声性能损失，以发现在内前围厚度设计时可能存在的风险，并提前进行风险预警。目前标杆车前围部件厚度分布由手工测量，不同区域内前围厚度大致分布情况如图5所示。

注：①由于对标车某竞品过孔隔声量未确定，这里采用3mm橡胶+12mm前围的隔声量模拟

②其中过孔处的发泡厚度约8mm左右，沿开孔宽度约10mm；空调进风口附近只为EVA，沿开孔宽度约25mm。

图5前围模型厚度分布

基于以上厚度分布，对防火墙隔声性能进行分析，结果如图6所示。

图6内前围不同厚度分布下防火墙隔声性能对比

经分析，当采用实际厚度分布时，随频率增高，隔声性能有衰减，其中1600~5000Hz降低较多，至8000Hz时约11dB，隔声性能已有明显降低。因此，在内前围设计时，需重点关注前围的厚度分布情况，严格控制最薄处所占的比例，杜绝EVA层下无PU发泡层的现象。

2.2.3内前围过孔处处理对防火墙隔声性能影响

在防火墙过孔位置，如线束过孔、空调管路过孔、支架安装、转向过孔等，通常会直接在内前围上留出明显大于过孔面积的开口。通过确认过孔周边前围覆盖对防火墙隔声性能的影响，对内前围在过孔处开孔设计提供参考和借鉴。

以下分析中，假设内前围开孔边缘距过孔间距3mm，即有3mm宽钣金裸露（实际开孔通常远大于此）。结果分析如图7所示。

图7内前围过孔处理对防火墙钣金隔声影响

可以看出，当过孔周边存在钣金裸露时，高频隔声性能又有明显衰减，2000Hz时，衰减已达3dB，随频率升高，衰减加大，8000Hz时可达10dB。故需严格控制钣金裸露，必要时可通过开十字孔来达到全覆盖的效果。

2.2.4泄漏对防火墙隔声性能影响

由于防火墙上过孔处理及涂胶工艺的原因，经常会存在一些泄漏，如转向管柱位置、空调进风口位置、冷热水管过孔位置等。一旦出现此类泄漏，将会对防火墙的隔声性能产生显著影响，图8分析在转向管柱和空调进风口存在泄漏时，防火墙隔声性能的衰减。

注：此处在转向管柱增加1cm*0.5mm泄漏，空调进风口增加2cm*0.5mm泄漏。

图8泄漏对防火墙钣金隔声影响

经分析，当防火墙存在泄漏时（case6），其隔声性能相比于过孔处存在钣金裸露（case5）又有了明显下降，高频时的衰减基本在3dB左右。故在车身及过孔的设计中，要严格控制密封性能，尽量杜绝泄漏的存在。

在综合考虑钣金裸露与过孔泄露因素，与不加前围的光钣金隔声性能相比，高频时高出20dB左右，隔声性能已较初状态有较大的降低。

3小结

通过对前围部件隔声性能分析，可得出如下结论与建议：

（1）防火墙各过孔的隔声性能对前围隔声量影响较大，建议过孔隔声性能要达到钣金+10mm内前围的水平。

（2）前围覆盖率对防火墙隔声性能影响较大，在设计时要尽量提高前围覆盖，尤其对过孔处开孔的处理需谨慎，同时优化过孔尺寸或减小不必要的过孔。同时，要保证前围与钣金的贴合，不良的贴合也相当于减小了覆盖率。

（3）前围的厚度分布也是至关重要的因素，尽量保证较为均匀的厚度分布，最小厚度应确保PU发泡层厚度不低于7mm，且所占比例不大于5%

（4）泄漏是需要严格控制的，在过孔的处理及涂胶工艺上要重点关注，在设计初期需重点关注。

参考文献

1.庞建《汽车车身噪声与振动控制》机械工业出版社2015年4月p176-214

2.马大猷《噪声与振动控制手册》机械工业出版社2002年9月p178-188

3.庞建谌刚何华《汽车噪声与振动》北京理工大学出版社2006年6月p64-66