新能源解决方案之十 | 车内噪声优化技术：让车轮上的世界安静一点
前言
车内噪声有高频和低频之分，在汽车设计阶段就要分别考虑加以抑制 ,吸声材料对高频噪声比较有效 ,对低频噪声不敏感 ,而主动控制设备(即由控制单元主动发出 声信号的设备)复杂且对控制设备的安放位置要求 很高，因此 ,研究通过修改结构以减少振动来降低噪声意义重大。空腔结构内的结构噪声不仅与结构的振动特性有关，还与系统声学特性有密切关系，当空腔壁板受到外界激励后引起车身壁板振动，同时壁板的振动还要受到空腔流体介质（空气）的制约，壁板振动产生噪声，在经过驾驶室内空腔的放大或衰减，反过来产生的噪声同样在壁板上放大或抑制壁板的振动，外界激振力输入后经过这样的耦合后传到受声点，才形成最终的车内噪声。
这说明空腔四周壁板的机械振动和内部声腔空气的声振动相互耦合，相互影响的。因此，单独考虑空腔结构本身的振动模态或单独考虑空腔声学模态都不能反映力—振动、振动—声、声—振动这样的系统耦合特性。而必须将结构振动和空腔流体介质（空气）耦合起来考虑耦合系统的模态参数，才能更准确、更真实的反应实际情况所以需要将车身结构和车内声场综合考虑，采用结构与声场耦合模态分析方法分析车身结构的振动特性，找出车身壁板中针对车内噪声的薄弱环节，就可以更有针对性地对车身结构进行优化改进。
CATIA SFE AKUSMOD
噪声优化技术介绍
达索系统CATIA SFE AKUSMOD提供了完整的面向基于声固耦合分析的车内噪声优化技术：
图2.1 基于声固耦合分析的车内噪声优化技术
· 集成声学分析前后处理器，支持详细的车辆声学分析与声学结构优化
· 自动形成分析所需的声学封闭腔体，节省噪声分析的前处理时间
· 耦合中使用的加权因子技术保证了分析结果的准确性
· “智能耦合”功能实现与智能判断正确的耦合部件及实现声固网格自动耦合
· 联合CATIA SFE CONCEPT产品进行车内噪声自动优化，实现车内低噪声水平下车身结构最优
· 先进的腔体声学网格算法，用户可控性及吸声器定义高效的保证声固耦合流程实现
· 后处理工具快速简便和高效，帮助快速发现和解决噪声问题
CATIA SFE AKUSMOD基于声固耦合分析的车内噪声优化主要实现步骤如下：
前期输入准备
准备车身结构有限元网格，可通过联合CATIA SFE CONCEPT产品为后续步骤车身结构网格，通过与CATIA SFE CONCEPT的联合可实现车身结构网格的参数化快速变形，同时声学网格可随结构网格自动关联耦合更新：
图2.2 车身结构网格参数化快速生成
孔洞封闭处理
基于前一步骤生成的结构网格自动进行孔洞封闭处理，可后台批处理执行。
图2.3 自动孔洞封闭
自动创建及优化腔体声学网格
基于上一步骤的封闭模型可快速生成所需的乘员舱腔体声学网格模型并能自定义定义网格大小等参数，同时可很方便的定义声压传感器。
图2.4 声学网格生成
自动网格耦合
快速自动耦合车身腔体声学网格与座椅声学网格以及快速自动耦合车身结构网格与车身腔体声学网格，耦合过程支持自动后台批处理，以方便后续实现自动化噪声优化。
图2.5 声学网格耦合
图2.6 结构声学网格耦合
结合CATIA SFE CONCEPT产品可实现耦合后的网格能实现自动关联参数变化更新：
图2.7 CATIA SFE CONCETP结构网格参数化模型
图2.8 CATIA SFE AKUSMOD对应的声学网格自动更新
吸声器定义
CATIA SFE AKUSMOD支持定义两种类型的吸声器：
图2.7 两种类型吸声器
求解计算
连接ABAQUS求解器进行频响求解计算或其他求解器求解计算，计算结果进行后续后处理。
后处理
声固耦合系统的结构噪声是由声学模态和结构模态的复杂叠加引起的。对于每个激发频率，这些固有模态中的某些可能会对内部噪声水平产生重大影响，而其他固有模态可能会降低噪声水平或完全不产生影响，SFE AKUSMOD的模态贡献度分析帮助评估如下问题：
• 在给定的激励频率下，哪些腔体声学模态对车内噪声有重大影响？
• 是否存在某些影响车内噪声水平的结构模态？
• 哪些结构部件（钣金）会显著影响车内噪音水平？
通过后处理对以上问题的评估及回答，就可以预先选择具有很高声学优化潜力的结构部件，从而降低车内噪声水平。
图2.9 分析车身板件对噪声贡献度
图2.10 分析车身节点区域对噪声贡献度
噪声自动优化
通过联合CATIA SFE CONCEPT产品提供参数化结构模型，并将上述流程在达索系统SIMULIA ISIGHT优化平台上结合，设定噪声水平目标及各种约束，可以实现基于声固耦合分析的车内噪声自动优化，得到符合噪声水平的优化车身结构。
图2.11 自动优化流程
小结
CATIA | SFE AKUSMOD可让您尽早分析和改善整车NVH性能，具有如下实际工程价值：
用于NVH腔体声学网格高效生成
声学和结构网格的轻松耦合
强大的后处理功能，可快速预览结果
快速计算和可视化各个结构面板或节点对噪声的贡献度
声压水平的深层原因分析，快速发现降低噪声水平的途径
通过专业的噪声优化技术帮助用户快速定位对噪声有显著影响的区域以支持优化车身结构进而降低车内噪声水平，从而提升整车NVH性能，显著改善车内人员舒适性体验。
