車身密封性對(duì)車內(nèi)噪聲的影響

胡遠(yuǎn)志，雷雨，鄭光澤，劉衛(wèi)國(guó)，馮擎峰，劉西

(1.重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054; 2.浙江吉利汽車研究院有限公司，杭州 311228)

車身密封性對(duì)車內(nèi)噪聲的影響

胡遠(yuǎn)志1，雷雨1，鄭光澤1，劉衛(wèi)國(guó)2，馮擎峰2，劉西1

(1.重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054; 2.浙江吉利汽車研究院有限公司，杭州 311228)

對(duì)某微型車的車內(nèi)噪聲問(wèn)題進(jìn)行研究。分析了其車內(nèi)噪聲泄露的影響因素，通過(guò)對(duì)座椅、換擋機(jī)構(gòu)、地板、車門(mén)、車窗、前圍板和儀表等的密封性能測(cè)試，對(duì)比分析了相應(yīng)的車內(nèi)泄露噪聲貢獻(xiàn)量。結(jié)果表明:針對(duì)該車型的車門(mén)、車窗和座椅的密封優(yōu)化效果比較顯著;而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟時(shí)，各種密封方式對(duì)降低車內(nèi)噪聲的效果并不明顯。

車身密封性;泄露噪聲;車身部件

隨著消費(fèi)者經(jīng)濟(jì)能力的提高，對(duì)車內(nèi)舒適性的要求隨之變高，車內(nèi)的噪聲環(huán)境研究變得更為重要，噪聲成為區(qū)別汽車品牌好壞的重要因素之一，因此降低車內(nèi)噪聲具有十分重要的意義。車身密封性能的好壞對(duì)車內(nèi)噪聲的影響非常大，使用合適的車身密封和隔聲材料，能夠有效地減少噪聲向車內(nèi)傳播的路徑和傳播量，降低車內(nèi)噪聲。

1 影響車身密封性的因素

在汽車行駛過(guò)程中，車內(nèi)感受到的噪聲一般有2種:泄露噪聲和氣吸噪聲［1－3］。泄露噪聲是由車輛密封處存在的縫隙產(chǎn)生的;氣吸噪聲是由車輛行駛過(guò)程中密封處兩側(cè)壓差致使密封條變形而產(chǎn)生的。為減少這2種噪聲的傳遞，需要提高車輛的密封性能。

汽車車身的密封分為靜密封和動(dòng)密封［4］。靜密封是指汽車零部件之間的連接在汽車行駛過(guò)程中不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，例如焊接連接(如車身底板與側(cè)圍板)、橡膠連接(前后風(fēng)窗玻璃)和膨脹式密封(如A柱的空腔密封);但是當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，受到不平路面或者發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)后，會(huì)使車身剛度發(fā)生變化，使連接部分出現(xiàn)縫隙，于是噪聲會(huì)從縫隙中泄露進(jìn)來(lái)。動(dòng)密封是指分別密封汽車的不同零部件，使部件之間不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或者滑動(dòng)。典型零件如車門(mén)密封條、車體上的密封條和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋密封等。

影響車內(nèi)噪聲的因素很多。從噪聲源傳遞到汽車的噪聲，一部分被車體或者隔音材料吸收或者隔斷，一部分被反射回去;而沒(méi)有被吸收或隔斷的噪聲則傳遞到車身內(nèi)部［5］。在密封時(shí)主要考慮如下幾個(gè)因素［4，6］:①部件剛度。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，車身表面形成負(fù)壓，會(huì)使部件變形，致使部件之間產(chǎn)生縫隙;②密封位置。汽車不同地方的密封有不同的要求，對(duì)于負(fù)壓較大和有湍流的區(qū)域(如靠近后視鏡、A柱和B柱等區(qū)域)有嚴(yán)格密封要求，既要適當(dāng)改變零部件間的安裝方式，也要合理地采用零部件間的連接方式;③密封件形狀和密封方法。密封件不同的截面形狀、厚度和與車身接觸形式會(huì)影響密封時(shí)的效果;④密封材料的性能。根據(jù)前人的試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，不同零部件處密封材料的組分有一定規(guī)律可循，可在滿足經(jīng)濟(jì)型和舒適性指標(biāo)的前提之下適當(dāng)提高密封材料性能。

2 試驗(yàn)

對(duì)國(guó)產(chǎn)某微型車聲學(xué)密封性能進(jìn)行測(cè)試，并采取適當(dāng)?shù)拿芊馐侄我蕴岣哕噧?nèi)噪聲性能。由于汽車的整體設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但是車內(nèi)噪聲相對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)車型來(lái)說(shuō)稍微偏高，因此只能在材料成本可接受的范圍內(nèi)適當(dāng)提高其噪聲性能。圖1為試驗(yàn)車輛。

圖1 試驗(yàn)車輛

本試驗(yàn)采用德國(guó)Head Recorder軟件、DataRec4系列采集前端、美國(guó)PCB公司的聲學(xué)傳感器。分析部分采用的是Artemis分析軟件。

2.1 汽車初始狀態(tài)測(cè)試

在初始條件下，檢查樣車內(nèi)部密封措施。

首先，發(fā)動(dòng)機(jī)置中且位于前排座椅下部，因此前排座椅處的密封和吸隔音性能比較重要［7－8］。應(yīng)防止發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲直接通過(guò)座椅處的密封間隙傳入車內(nèi)。試驗(yàn)車輛前排座椅底部使用了棉氈吸聲，四周采用了橡膠密封。

其次，動(dòng)力總成和排氣系統(tǒng)等緊鄰地板。為防止噪聲通過(guò)地板傳入，地板的隔聲也比較重要。試驗(yàn)車輛地板表面存在一些裝配孔和縫隙，車內(nèi)僅鋪設(shè)了一層橡膠板用來(lái)減震和隔聲。

第三，車門(mén)和車窗也是密封重點(diǎn)。一部分發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射噪聲、輪胎與地面的摩擦噪聲和高速行駛時(shí)的風(fēng)激勵(lì)噪聲會(huì)通過(guò)車門(mén)窗傳遞進(jìn)車內(nèi)。試驗(yàn)車輛車門(mén)邊緣采用單層橡膠密封，車門(mén)內(nèi)飾板無(wú)任何吸聲和隔振材料。

第四，汽車前圍板上有線束孔，儀表板安裝在前圍板上，線束孔的密封也影響車內(nèi)整體噪聲水平。在汽車怠速行駛時(shí)，利用聲級(jí)計(jì)發(fā)現(xiàn)儀表板與前擋風(fēng)玻璃交接處有聲壓級(jí)的波動(dòng)，懷疑儀表板和前圍板密封性能不好。

最后，在汽車行駛過(guò)程中，變速器操縱桿殼體溫度過(guò)高，有發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射熱量傳遞，因此對(duì)變速器操縱桿有密封隔熱的必要。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇每隔一段時(shí)間會(huì)啟動(dòng)，此時(shí)的噪聲明顯增加。因此，在后續(xù)測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟時(shí)的工況研究。

在檢測(cè)完車輛密封性能后，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備測(cè)試車內(nèi)怠速工況時(shí)的聲壓級(jí)。將6個(gè)聲學(xué)傳感器分別布置在駕駛員左、右耳，中排中間乘員左、右耳和后排右邊乘員左、右耳。為了觀察車內(nèi)的平均聲壓級(jí)，采用聲能平均公式來(lái)計(jì)算平均水平。

測(cè)試結(jié)果如圖2、3所示。圖2為汽車初始狀態(tài)冷卻風(fēng)扇關(guān)閉時(shí)車內(nèi)噪聲頻譜圖，圖3為初始狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟時(shí)的車內(nèi)噪聲頻譜圖。

圖2 初始狀態(tài)冷卻風(fēng)扇關(guān)閉時(shí)車內(nèi)噪聲頻譜圖

由圖2、3可以看出:原狀態(tài)下風(fēng)扇未開(kāi)啟時(shí)，車內(nèi)平均聲壓級(jí)為51.2 dB;在冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟工況下，平均聲壓級(jí)為59.1 dB，比風(fēng)扇未開(kāi)啟時(shí)高大約8 dB。因此，對(duì)冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲影響應(yīng)該予以關(guān)注。需要進(jìn)一步判別這些噪聲是風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲，還是風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)而傳遞進(jìn)車內(nèi)的結(jié)構(gòu)噪聲。

2.2 車身密封性能改善后測(cè)試

在測(cè)試原車初始狀態(tài)車內(nèi)聲壓級(jí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)不同方式分別密封汽車的各個(gè)部分，在相同的環(huán)境下對(duì)比測(cè)試不同部件密封后的效果。

2.2.1 密封主、副駕駛座椅

用不同材料分別密封主、副駕駛座椅進(jìn)行測(cè)試。密封材料包括三元乙丙橡膠和吸音棉。三元乙丙橡膠在座椅邊緣密封，防止噪聲通過(guò)座椅底部傳遞到車內(nèi)。吸音棉可吸收噪聲，減少噪聲傳遞量［9－10］。

密封狀態(tài)如表1所示，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。圖4中FAN ON和FAN OFF分別代表風(fēng)扇開(kāi)啟和風(fēng)扇關(guān)閉。

表1 主、副駕駛員座椅的密封狀態(tài)

圖4 密封主、副駕駛員座椅測(cè)試結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出:相比初始狀態(tài)，密封主、副駕駛員座椅處后車內(nèi)噪聲平均聲壓級(jí)下降了2～5 dB，特別是在2個(gè)座椅全部密封的情況下下降得更多。因此，座椅處的密封對(duì)車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)影響明顯，原車狀態(tài)下座椅處的密封有提升的必要。忽略試驗(yàn)環(huán)境的影響，采用橡膠或吸音棉的密封效果相差不大，但考慮駕駛員座椅還需隔熱，建議座椅下采用加強(qiáng)橡膠密封。

2.2.2 密封變速器換擋罩和地板

由于制造工藝的需要，在車身底板上有一些裝配孔和制動(dòng)系統(tǒng)、變速系統(tǒng)桿件安裝孔。一般情況下，系統(tǒng)桿件的安裝孔會(huì)用橡膠套或者橡膠軟塞進(jìn)行封堵。在密封性能檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)變速器換擋罩發(fā)熱，猜測(cè)可能是因?yàn)槊芊庑Ч缓?，所以采用玻璃纖維進(jìn)行密封，同時(shí)密封地板上的孔洞。由于孔洞比較小，并且考慮到未來(lái)實(shí)際生產(chǎn)成本問(wèn)題，沒(méi)有在地板上鋪設(shè)吸音材料和棉氈，只是用發(fā)泡的三元乙丙橡膠條粘住孔洞，用隔音棉密封住縫隙，橡膠套和橡膠軟塞周圍用隔音棉密封一圈，密封狀態(tài)如表2所示。圖5是密封變速器換擋罩和地板的測(cè)試結(jié)果，其中FAN ON和FAN OFF分別代表風(fēng)扇開(kāi)啟和風(fēng)扇關(guān)閉。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出:密封換擋罩和地板孔對(duì)車內(nèi)噪聲有一定優(yōu)化，相比初始狀態(tài)平均聲壓級(jí)下降了3～5 dB。同時(shí)密封換擋罩孔洞和地板通孔的效果與只密封換擋罩孔洞的效果相當(dāng)?；诒敬螠y(cè)試結(jié)果，地板通孔雖然貢獻(xiàn)量不大，但考慮行駛時(shí)的噪聲傳遞、空調(diào)效率、塵土進(jìn)入車內(nèi)，還是需要進(jìn)行密封和隔絕工藝處理。而換擋罩在安裝時(shí)采用刷膠方式密封。

表2 變速器換擋罩和底盤(pán)的密封狀態(tài)

圖5 密封變速器換擋罩和地板測(cè)試結(jié)果

2.2.3 車門(mén)隔聲效果測(cè)試

車門(mén)密封性與車門(mén)擋風(fēng)雨膠條的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。車門(mén)的密封條設(shè)計(jì)要使車門(mén)在各個(gè)邊界處接觸均勻，并且貼合在車身上，保證在車身表面不產(chǎn)生較大的不平整。

首先在初始條件基礎(chǔ)上，將所有車門(mén)關(guān)閉時(shí)的縫隙和溝槽用發(fā)泡三元乙丙橡膠粘條密封，此狀態(tài)定義為整車“全密封”狀態(tài)，測(cè)試該狀態(tài)下車內(nèi)的噪聲水平。然后應(yīng)用“開(kāi)門(mén)法”，在“全密封”的基礎(chǔ)上，分別拆下每一扇門(mén)的密封膠條，測(cè)試此時(shí)的噪聲水平［11］，并對(duì)比初始狀態(tài)時(shí)的噪聲水平。

在全密封時(shí)測(cè)得的噪聲可以認(rèn)為是汽車車門(mén)泄露噪聲較小情況下的全密封噪聲Lp，使用“開(kāi)門(mén)法”時(shí)測(cè)得的噪聲是局部密封情況下的噪聲Lp，p。局部密封噪聲Lp，p與全密封噪聲Lp的差值為每一扇車門(mén)泄露噪聲的貢獻(xiàn)量，而初始條件下的噪聲Lp，s與全密封噪聲Lp的差值為車門(mén)泄露噪聲的總貢獻(xiàn)量。密封狀態(tài)如表3所示。圖6為車門(mén)隔聲狀態(tài)測(cè)試結(jié)果，其中FAN ON和FAN OFF分別代表風(fēng)扇開(kāi)啟和風(fēng)扇關(guān)閉。

表3 車門(mén)隔聲狀態(tài)

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出:相比初始條件，車門(mén)在全密封狀態(tài)下的噪聲下降了5 dB左右，因此車門(mén)密封條有改善的空間;比較局部密封情況，當(dāng)分別拆開(kāi)所有車門(mén)密封時(shí)，聲壓級(jí)的值有所不同。總體來(lái)說(shuō)，中間車門(mén)的漏聲量相比前門(mén)大，但隔聲效果大致相當(dāng)，與“全密封”相比只有1～2 dB的差值。可以進(jìn)一步研究車門(mén)門(mén)鉸總成和密封條安裝工藝［12］，也可以進(jìn)行氣密性檢查。

圖6 車門(mén)隔聲狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

2.2.4 車窗隔聲效果測(cè)試

車窗隔聲效果測(cè)試方法與車門(mén)隔聲效果測(cè)試類似，先將所有車窗用密封膠條密封，測(cè)得“全密封”狀態(tài)下的聲壓級(jí)值Lp，然后使用“開(kāi)窗法”分別測(cè)試每一扇窗戶撤去密封之后的噪聲值Lp，p，并對(duì)比初始條件下的噪聲值Lp，s。密封狀態(tài)如表4所示。圖7為車窗隔聲效果測(cè)試結(jié)果，其中FAN ON和FAN OFF分別代表風(fēng)扇開(kāi)啟和風(fēng)扇關(guān)閉。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出:在車窗全密封狀態(tài)下的噪聲相比初始條件有所下降(下降5 dB左右);在局部密封情況下，分別拆開(kāi)所有車窗密封，聲壓級(jí)的值有所不同，與初始狀態(tài)相比有3～4 dB的差值。后續(xù)可以考慮優(yōu)化車窗密封橡膠條剛度和阻尼性能，密封條安裝工藝也可以考慮優(yōu)化。

表4 車窗隔聲效果測(cè)試

圖7 車窗隔聲效果測(cè)試結(jié)果

2.2.5 前圍板與儀表盤(pán)密封效果測(cè)試

前圍板上有很多線束孔，例如空調(diào)冷卻系統(tǒng)通風(fēng)管道等。通常情況下在連通元件之間增加密封橡膠套，避免噪聲直接傳遞到車內(nèi)。為防止密封橡膠套安裝不好以致密封性能下降，在橡膠套外圍墊一層隔音棉;用密封膠條密封前圍板上的孔洞;在儀表板和前擋風(fēng)玻璃之間用密封膠條密封。

在整車的車門(mén)、車窗和底板密封的狀態(tài)下，測(cè)試全部密封之后的效果，然后在此基礎(chǔ)上密封前圍板和儀表盤(pán)，忽略試驗(yàn)環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)在這兩種情況下的車內(nèi)聲壓級(jí)變化不顯著。測(cè)試結(jié)果如圖8、9所示。圖8為風(fēng)扇沒(méi)有開(kāi)啟時(shí)，將車門(mén)等全部密封(本文簡(jiǎn)稱全封)與全部密封且又密封儀表盤(pán)(本文簡(jiǎn)稱全封和全封+密封儀表盤(pán))這2種狀態(tài)下的噪聲對(duì)比;圖9為風(fēng)扇開(kāi)啟時(shí)這2種狀態(tài)的噪聲對(duì)比。在圖8、9中分別描述了每個(gè)麥克風(fēng)響應(yīng)點(diǎn)的聲壓級(jí)，從圖中可以看出兩條曲線相差不大，有的地方幾乎重合，可以認(rèn)為前圍板等處的密封條件可以接受。

圖8 風(fēng)扇關(guān)閉時(shí)車輛全封和全封+密封儀表盤(pán)對(duì)比

圖9 風(fēng)扇開(kāi)啟時(shí)車輛全封和全封+密封儀表盤(pán)對(duì)比

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比樣車在初始狀態(tài)和不同密封狀態(tài)下的車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果，得出以下結(jié)論:該樣車的車門(mén)、車窗的密封優(yōu)化對(duì)降低車內(nèi)泄露噪聲效果比較明顯(降低了5 dB左右;由于前排座椅緊鄰駕駛員，此處的密封也比較重要;該樣車的前圍板與儀表盤(pán)密封狀態(tài)可以接受。不過(guò)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟時(shí)，各種密封方式對(duì)該樣車的車內(nèi)噪聲提升效果并不明顯。這很有可能是因?yàn)轱L(fēng)扇的主要噪聲是通過(guò)結(jié)構(gòu)路徑傳遞到車內(nèi)，在后續(xù)的研究中會(huì)加以驗(yàn)證。

總體而言，車身的密封是降低車內(nèi)噪聲的第一步，也是最基礎(chǔ)的一步。要控制好泄露噪聲，提高汽車的密封性能，應(yīng)適當(dāng)提高密封材料的性能，特別是在噪聲泄露嚴(yán)重的地方。這些措施對(duì)降低車內(nèi)噪聲有著重要的意義。

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(責(zé)任編輯 劉舸)

Effect of Vehicle Body Sealing on Interior Noise HU Yuan－zhi1，LEIYu1，ZHENG Guang－ze1，LIUWei－guo2，F(xiàn)ENG Qing－feng2，LIU Xi1

(1.Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology for Automobile Parts，Ministry of Education，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China; 2.Geely Automobile Research Institute，Hangzhou 311228，China)

According to certainminivan’s interior noise problems，factors affecting vehicle body sealing were analyzed，a series of sealing performance tests for seats，gearshift，door，window，firewall and instrument panel for this vehiclewere conducted，and corresponding contributions of noise leakage of these partswere compared.The result shows that sealing for doors，windows and seats are significant to improve vehicle interior noise.However，when the engine cooling fan is turned on，sealing methods for these parts show no obvious improvements.

body sealing;leakage of noise;body parts

U467.4+93

A

1674－8425(2014)09－0001－06

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.09.001

2014－06－15

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目資助(KJ130832);重慶高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃資助項(xiàng)目(KJTD201319); 2013年浙江省汽車安全技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目;2012年度汽車零部件先進(jìn)制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目

胡遠(yuǎn)志(1977—)，男，博士，教授，主要從事車輛工程方面的研究;通訊作者劉西(1977—)，男，博士，副教授，主要從事車輛工程方面的研究。

胡遠(yuǎn)志，雷雨，鄭光澤，等.車身密封性對(duì)車內(nèi)噪聲的影響［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014(9):1－6.

format:HU Yuan－zhi，LEIYu，ZHENG Guang－ze，et al.Effect of Vehicle Body Sealing on Interior Noise［J］. Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(9):1－6.