汽車車身用NVH材料的應(yīng)用研究

李原獻(xiàn)

（一汽豐田技術(shù)開發(fā)有限公司，天津 300000）

NVH特性是汽車的主要性能目標(biāo)之一，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展及消費(fèi)者要求的不斷提高，汽車的NVH特性正在受到越來越多的關(guān)注。NVH：Noise、Vibration、Harshness，即噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度，體現(xiàn)了在汽車振動(dòng)噪聲的作用下，乘員舒適性感受和汽車行駛平順、穩(wěn)定的變化特性。為了提升車輛的NVH性能，在車輛設(shè)計(jì)開發(fā)階段，會(huì)在車身的各個(gè)部位設(shè)定不同類型的NVH材料，實(shí)現(xiàn)車輛的NVH性能目標(biāo)。車身用的NVH材料一般有3種，即吸收聲音（吸音材）、防止聲音穿透（隔音材）、防止車身振動(dòng)（防振材），車身用的NVH材料因性能不同，被應(yīng)用于車身的不同位置。

1 NVH材料的配置和使用目的

NVH材料的配置和使用因車而異，一輛車左右兩側(cè)大約有150個(gè)NVH用部品。根據(jù)使用目的來合理配置NVH材料的使用位置。

吸音材：為了減少來自發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎的基音，需要在前機(jī)艙和輪罩內(nèi)使用吸音材。為了進(jìn)一步降低噪聲，在頂蓋等處也會(huì)追加使用吸音材；同時(shí)地毯等隔音材的表皮也具有吸音效果。

隔音材（包括密封材）：為了減少聲音進(jìn)入駕駛艙，在前機(jī)艙和駕駛艙隔斷前圍板、輪胎附近的地板等處使用防音材。因?yàn)楦粢舨挠幸欢ǖ馁|(zhì)量，考慮到車身的輕量化，需要合理布置。

防振材：由發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎的振動(dòng)引起的車身振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲，為了防止因車身的振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，需要在地板等容易振動(dòng)之處使用防振材。

2 車身用NVH材簡介

2.1 吸音材

吸音材是在一定的空間范圍內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)聲音強(qiáng)度遞減的目的而使用的材料。吸音材一般用于前機(jī)艙內(nèi)、駕駛艙內(nèi)等位置。吸音材的基本原理：聲波通過聲音的振動(dòng)傳播，吸音材將振動(dòng)的空氣粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)吸音的目的。為了能定量表示吸音效果，體現(xiàn)不同吸音材的特征，設(shè)定了吸音率。

吸音率的定義：一定音強(qiáng)的聲音穿透材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生穿透、反射和吸收3種現(xiàn)象，伴隨3種現(xiàn)象的產(chǎn)生，聲音強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)減弱。其中，將反射以外的音強(qiáng)損失稱為“吸音現(xiàn)象”，反射以外的音強(qiáng)損失與入射音強(qiáng)之比稱為“吸音率”。吸音率的值越高，吸音效果越好。吸音材的料厚及密度決定著材料的吸音性能。

吸音材的料厚較大時(shí)，入射聲波在吸音材內(nèi)部行程，動(dòng)能轉(zhuǎn)化熱能較多，吸音率提升。

密度增大時(shí)，入射聲波在吸音材內(nèi)遇到阻礙增加，動(dòng)能轉(zhuǎn)化熱能較多，吸音率提升。

同等材料在增大料厚時(shí)，吸音率的實(shí)際測量值增大。

2.2 隔音材（包括密封材）

隔音的原理：一定音強(qiáng)射入隔音構(gòu)造時(shí)，一部分能量被反射，還有一部分能量穿透隔音壁。穿透的音強(qiáng)與入射音強(qiáng)的比值為透過率，透過率可以用來衡量隔音的效果。實(shí)際上，將透過率的倒數(shù)用分貝（decibel）的形式來表示，將之稱為透過損失TL（Transmission Loss）。

2.2.1 一層隔音壁時(shí)的透過損失

隔音壁的面密度增加，透過損失也會(huì)增加。這個(gè)現(xiàn)象稱為重量法則（Mass Law）。

面密度增加時(shí)（M→2M），透過損失有6 dB的提升。面密度一定時(shí)，頻率變高時(shí)（400 dB→800 dB）透過損失有6 dB的提升。

2.2.2 兩層隔音壁時(shí)的透過損失

當(dāng)1 250 Hz的聲波以0°角射入面密度為m的隔音板時(shí)，透過損失約為20 dB。同樣，聲波在同樣條件下射入兩層面密度為m的隔音板時(shí)，透過損失約為26 dB（面密度提升1倍，透過損失增大6 dB）。當(dāng)兩層隔音壁之間有充分的距離時(shí)，聲波在同樣的條件下射入時(shí)，透過損失約為40 dB（一定距離下透過損失增大14 dB），因此在兩層隔音壁放置一段距離時(shí)，對高頻率的聲波會(huì)有較好的隔音效果。但由于低頻率的聲波會(huì)在兩個(gè)隔音壁之間形成共振，隔音效果會(huì)變差。在兩層隔音壁放置一段距離時(shí)，一定頻率聲波的透過損失比一層隔音壁小。

2.2.3 平均透過損失

實(shí)車上各個(gè)部位使用的材料不同，透過率也不用。在計(jì)算由不同的材料構(gòu)成的隔音壁時(shí)，透過率為平均透過率。當(dāng)透過損失小的材料所占的面積較小時(shí)，對平均透過損失的影響比較大，因此隔音材料的選擇對汽車的NVH性能至關(guān)重要。同時(shí)，由平均透過損失計(jì)算結(jié)果可知，如果隔音性能較好的隔音壁周圍存在微小的間隙，隔音性能將大幅度下降，因此車體密封是確保車輛NVH性能的關(guān)鍵因素。

2.3 防振材

防振材一般用在易傳導(dǎo)振動(dòng)的車身面板處，例如前圍板、地板及側(cè)圍等部位。

防振材種類：瀝青墊、涂布型防振材、固定型鋼板、樹脂固定型防振材等。

防振原理：防振材為黏彈性材料，在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生變形，由振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化熱能，實(shí)現(xiàn)能量的損失（ΔW），降低振動(dòng)音強(qiáng)。為了表示能量損失的大小，設(shè)定了能量損失系數(shù)η.能量損失系數(shù)η值越高，防振性能越好，一般損失系數(shù)在0.1以上的材料防振性能較好。

參考文獻(xiàn)：

［1］鐘祥璋.建筑吸聲材料與隔聲材料［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］李耀中.噪聲控制技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［3］吳九匯.噪聲分析與控制［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2017.