商用車駕駛室聲學包材料的分析與優(yōu)化

韓雪，高曉陽，張雷

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

引言

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。汽車扮演的角色也正從傳統(tǒng)的交通工具轉(zhuǎn)變成了一個移動的生活空間。相應的，人們對駕駛艙內(nèi)的噪音關(guān)注程度越來越高。車內(nèi)噪聲過大會嚴重影響汽車的舒適性、語言清晰度、聽覺損失程度、乘坐安全性、人在車內(nèi)對各種信號的識別能力及人的心理狀態(tài)。因此，車內(nèi)噪聲作為汽車舒適性的重要指標之一，正受到用戶的密切關(guān)注。如何提升艙內(nèi)噪聲品質(zhì)，為乘客提供一個靜謐舒適的駕乘空間，也成為各主機廠在產(chǎn)品設計過程中需要著重考慮的問題。

1 駕駛艙內(nèi)噪聲類型

艙內(nèi)噪聲類型主要分為空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。即聲音在空氣中傳播后人耳聽到的聲音和聲波在結(jié)構(gòu)中傳遞后輻射到空中的聲音。

在低頻段（250-500Hz），結(jié)構(gòu)聲是車內(nèi)噪聲的主要成分；在中高頻段（500-10000Hz），空氣聲是主要成分。人耳對于中高頻聲音非常敏感，即便很小的聲音也容易被感知到。因此對于中高頻的空氣聲的控制和處理顯得尤為重要。而聲學包主要就是針對空氣聲進行處理[1]。

圖1 噪聲類型

2 聲學包裝材料

聲學包裝是從噪聲源（動力總成、進排氣、輪胎噪聲等）到乘員艙傳播噪聲過程中合理使用一定手段，使噪聲在傳播過程中得到有效阻隔的一定方法。因此為降低車內(nèi)噪聲水平，提升整車NVH性能，提高乘坐舒適性，在內(nèi)飾零件設計過程中需要運用到聲學包裝材料[1]。

聲學包裝材料按用途主要分為吸音材料、隔音材料。

2.1 吸音材料

吸音材料為多孔疏松材料，當聲波進入材料孔隙時，引起孔隙的空氣和材料的細小纖維波動。由于摩擦和粘滯阻尼的作用，將傳播中的噪聲聲能轉(zhuǎn)化為熱能，降低聲能的發(fā)射量，起到吸聲降噪的目的。常用吸音系數(shù)來評判材料吸音性能的好壞。

吸音材料通過吸音作用吸收從地板下方輻射到駕駛室的噪聲，從而使車外輻射噪聲降低。常用材料有PET氈、吸音棉、PU發(fā)泡類材料等。

2.2 隔音材料

隔音是采用特殊的材料和結(jié)構(gòu)將外界聲源與接收環(huán)境隔離開來，使得環(huán)境的噪聲降低。隔音材料一般多為密實材料。其原理為：當聲音從空氣入射到另外結(jié)構(gòu)表面時，一部分聲能被反射回來，另一部分聲能透過這個材料，繼續(xù)在空氣中傳播。通常用傳聲系數(shù)來表征隔音性能的好壞。傳聲系數(shù)值越大，代表隔音性能越好。

常用的隔音材料有EVA、EPDM、PVC等密度較大、內(nèi)部孔隙率很小的材料。

3 商用車聲學包優(yōu)化

商用車聲學包裝通常包括內(nèi)襯、地板墊、隔音棉等。由于內(nèi)襯占據(jù)面積最大，因此本文針對內(nèi)襯進行吸音性能優(yōu)化。

3.1 商用車內(nèi)襯現(xiàn)狀

商用車內(nèi)襯常用材料為針織面料+玻纖板，厚度3.5mm左右。內(nèi)襯與白車身鈑金之間存在間隙，噪聲從白車身傳入時，沒有吸音材料吸收聲能，車輛勻速行駛至90km/h時，駕駛員耳旁噪聲達到72.47dB。

3.2 雙組份吸音棉與PET棉

雙組份吸音棉和PET棉都可以粘附在內(nèi)襯背面作為吸音結(jié)構(gòu)使用。

雙組份吸音棉是由聚丙烯（PP）纖維和聚酯（PET）纖維組成的。PET纖維作為吸音棉骨架，PP纖維附著于PET骨架上，形成三維吸音空腔，使得聲波在空腔中振蕩以實現(xiàn)優(yōu)越的吸音效果。雙組份吸音棉的克重一般為100～600g/m2，厚度在5～30mm之間，可以在低克重范圍內(nèi)實現(xiàn)高吸音水平[2]。

PET棉是以聚酯（PET）纖維為主體的纖維性多孔材料，常規(guī)克重一般為600～2000g/m2，厚度為5～30mm，其成本較雙組份吸音棉更低一些[3]。

3.3 不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的吸音性能對比

分別用現(xiàn)有內(nèi)襯、現(xiàn)有內(nèi)襯+15mm雙組份吸音棉、現(xiàn)有內(nèi)襯+15mmPET棉三種材料樣塊進行材料吸音系數(shù)試驗，試驗方法為駐波管法。三種材料的吸音系數(shù)數(shù)據(jù)見下圖：

圖2 三種內(nèi)襯材料的吸音系數(shù)

3.4 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

從表1中數(shù)據(jù)可知，1250Hz以下時，PET棉的吸音性能優(yōu)于雙組份吸音棉，1250Hz以上時，PET棉的吸音性能差于雙組份吸音棉。根據(jù)前期整車噪音試驗結(jié)果，重點控制能量分布區(qū)為50～1250Hz，從聲能損失看，1250Hz以下需要進行聲學包裝的重點設計。因此采用內(nèi)襯背面粘附15mmPET棉作為聲學包優(yōu)化方案。

4 總結(jié)

雙組份吸音棉和PET棉的吸音性能在不同頻率下各有優(yōu)勢，在選擇聲學包優(yōu)化方案時，應根據(jù)整車噪聲試驗時確定的聲能損失較嚴重的頻率區(qū)，確定在該頻率范圍內(nèi)吸音效果最優(yōu)的優(yōu)化方案，有針對性地提升駕駛艙內(nèi)噪聲品質(zhì)。