［摘要］本文中提出了一种动态密封状态下的车内风噪性能区间不确定性的分析和优化方法。首先，建立整车统计能量模型，将谱分解后的风噪载荷施加至模型上，完成车内风噪计算；接着，测试密封条在不同压缩状态下的传递损失，并根据车辆行驶过程中密封条压缩量变化计算密封条传递损失的上、下界，实现不确定变量的描述；最后，基于区间摄动理论分析车内风噪声压级的变化范围，并建立稳健优化模型，对风噪声压级的中心值和摄动半径进行优化。算例计算结果显示，本文提出的方法可在保证相关零部件质量基本不变的前提下，降低车内噪声水平及其波动幅度，明显提升系统的稳健性。

1 汽车风噪仿真模型的建立与对标

1.1 整车统计能量分析模型的建立

统计能量分析方法将整车离散成若干个互相耦合的子系统，采用振动能量来表征子系统的动态特征，采用功率流平衡方程来描述能量在子系统之间的传递，从而进行高频振动与噪声特性的求解。

汽车统计能量模型主要包括板、声腔、半无限流体3类子系统。其中，板子系统用来表示车体结构，如图1（a）所示；声腔子系统用来表示车内空间和车身周围的空间，如图1（b）所示；半无限流体则表示车辆所处的环境空间。

图1 整车SEA模型

子系统之间须建立连接以描述功率的流动，模型中的连接种类主要包括板-板连接、板-腔连接、腔-腔连接和单层隔声连接。

声学包装对于车内高频噪声具有非常重要的影响，统计能量模型通过定义子系统的吸声系数和插入损失来描述声学包装零件的吸声与隔声性能。具有吸声性能的声学包装零件主要包括发动机罩隔热垫、外前围、顶棚、地毯、外轮罩和吸音棉，具有隔声性能的零件主要包括内前围、地毯等，零件的吸隔声性能可以通过试验测试的方法获得，部分零件的吸声系数与插入损失测试结果如图2所示。

图2 部分声学包装零件性能

通过子系统、声学包装的定义以及子系统连接的生成，就可以建立起完整的整车统计能量分析模型，模型共包括1 212个板子系统，167个声腔子系统，5个半无限流体子系统，5 426个各类连接以及42处声学包装零件。

基于统计能量模型就可以建立整车功率流平衡方程，如式（1）所示。

式中：ω表示圆频率；η表示损耗因子矩阵；E和P则分别表示振动能量向量和输入功率向量。

通过P向量的输入以及η矩阵的组装就可以求得振动能量向量E。再通过式（2）、式（3）可以进一步求解车辆的结构振动速度和噪声声压级。

对于第i个板子系统，有

对于第j个声腔子系统，有

式中：Ei、Ej分别为第i、j个子系统的振动能量；mi为板i的质量；Vj为声腔j的体积；ρ、c分别为空气的密度和声速；vi、pj分别为结构振动速度和声腔声压级。

1.2 ATF测试与整车统计能量模型对标

为了验证整车统计能量模型的精度，通常采用声学传递函数（acoustic transfer function，ATF）对标方法。声学传递函数定义为单位体积加速度激励下车内关键位置的声学响应，常用于400 Hz以上的整车高频声学性能评价。ATF测试在半消声室内进行，在驾驶员右耳位置和后排右侧乘客左耳位置放置体积声源进行激励，测试发动机舱、车轮、玻璃（包括前风挡玻璃、后风挡玻璃、前门玻璃和后门玻璃）外侧等位置的声压信号，如图3所示。

图3 ATF测试

通过平均、自谱、互谱、倍频程分析等信号处理手段就可以得到1/3倍频程下的ATF数值，将测试得到的ATF曲线与仿真分析得到的ATF曲线进行对比，如图4所示。由图4可知，仿真分析与试验测试得到ATF曲线全频段范围内差值在2 dB以内，表明仿真模型具有较高的精度，可以用来进行风噪仿真分析和优化。

图4 ATF对标

1.3 载荷谱分解与车内风噪分析

波数-频率谱分析能够实现脉动压力数据在时间-空间和波数-频率域之间的转换，显示出能量在不同波长和频率上的分布。风噪载荷的波数-频率谱可以通过脉动压力信号在时间、空间内的傅里叶变换来实现：

式中：R表示风噪脉动压力；Φ表示波数-频率谱；k、ω分别表示波数和频率....