雙阻抗毛氈類材料NVH性能研究

馮海萍 付 年 顧曉卓 郭名權(quán)

【關(guān)鍵詞】雙阻抗毛氈;NVH性能;關(guān)鍵子系統(tǒng);聲學(xué)包

【中圖分類號(hào)】U463.832 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）07-0046-03

0 引言

近年來，隨著汽車用戶對車內(nèi)聲品質(zhì)的要求不斷提高，聲學(xué)包裝材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越多 [1]。為適應(yīng)市場需求和應(yīng)對行業(yè)競爭壓力，聲學(xué)包裝設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢必然趨向于低成本、輕量化、性能優(yōu)。

汽車防火墻是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和熱量直接傳遞到車內(nèi)的主要路徑之一，是由前圍內(nèi)外隔音墊和前隔板及其他附件組成的 [2]。其中，前圍內(nèi)隔音墊作為車內(nèi)最關(guān)鍵的聲學(xué)包零件，其開發(fā)設(shè)計(jì)在整車聲學(xué)包設(shè)計(jì)中尤為重要。傳統(tǒng)的EVA+PU發(fā)泡材料前圍內(nèi)隔音墊重量大、成本高、有異味且吸音性能稍差，但隔聲性能較好 [3]。雙阻抗毛氈類材料前圍內(nèi)隔音墊是由2層不同克重的毛氈類材料組合而成的，一般分為硬層和軟層，兩層之間有一層隔音膜，該隔音墊重量輕、成本低、無異味，隔音性能稍差，但吸音性能較好。目前，這兩種材料的前圍內(nèi)隔音墊均廣泛地應(yīng)用在汽車中。

本文以雙阻抗毛氈類材料為主要研究對象，首先通過統(tǒng)計(jì)能量分析方法仿真對比傳統(tǒng)材料和雙阻抗毛氈類材料對防火墻總成隔聲性能的影響，分析了兩種材料在防火墻隔聲應(yīng)用中的優(yōu)勢，并提出了優(yōu)化方案。然后采用阻抗管測試方法和整車動(dòng)態(tài)測試方法對雙阻抗毛氈材料級和產(chǎn)品級的NVH性能進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證雙阻抗毛氈類材料具有的NVH性能在汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢。

1 防火墻總成聲學(xué)性能仿真分析

本文使用統(tǒng)計(jì)能量分析法常用的商業(yè)軟件VAone對防火墻總成聲學(xué)性能進(jìn)行仿真分析。首先建立一個(gè)防火墻總成SEA模型（如圖1所示），將防火墻總成置于聲源室和接收室之間，聲源室模擬混響室，接收室模擬消聲室，建立子系統(tǒng)模型;然后輸入損耗因子、吸隔音材料聲學(xué)參數(shù)及物理參數(shù);最后輸入激勵(lì)。

1.1 防火墻總成SEA模型校對

為了保證防火墻總成SEA模型的精度，進(jìn)行防火墻總成隔聲性能仿真分析和試驗(yàn)校對。防火墻總成隔聲性能試驗(yàn)采用消聲室-混響室法，前隔板上的開孔在試驗(yàn)過程中進(jìn)行與鈑金同厚度的完全密封處理（如圖2所示），最終測試采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真分析結(jié)果對比分析如圖3所示。

由圖3可知，前隔板鈑金隔聲量仿真和試驗(yàn)結(jié)果在考察頻率范圍內(nèi)基本一致，兩者誤差可控制在2 dB以內(nèi)，說明防火墻SEA模型滿足仿真精度要求，可用于后續(xù)仿真驗(yàn)證。

1.2 對防火墻總成聲學(xué)性能的影響

使用防火墻SEA模型對傳統(tǒng)EVA+PU發(fā)泡結(jié)構(gòu)前圍內(nèi)隔音墊和雙阻抗毛氈前圍內(nèi)隔音墊在考慮過孔和不考慮過孔兩種情況下的防火墻總成聲學(xué)性能影響進(jìn)行聲音衰減量（NR）對比分析，NR分析綜合考慮聲學(xué)材料的吸聲和隔聲特征，能綜合反映聲學(xué)材料的NVH性能。

不考慮過孔影響時(shí)，由圖4可知，雙阻抗毛氈的聲學(xué)綜合性能均低于EVA+PU發(fā)泡，僅在5 000 Hz以上與其接近，此時(shí)當(dāng)前圍內(nèi)隔音墊本身的覆蓋和厚度分析較理想時(shí)，則前圍內(nèi)隔音墊使用EVA+PU發(fā)泡結(jié)構(gòu)能更好地提升防火墻總成聲學(xué)性能。

考慮過孔影響時(shí)，由圖5可知，采用雙阻抗毛氈的防火墻總成NR水平在2 000 Hz以上頻段與EVA+PU發(fā)泡結(jié)構(gòu)基本相當(dāng)，但2 000 Hz以下頻段仍低于EVA+PU發(fā)泡結(jié)構(gòu)3 dB左右，此時(shí)對防火墻聲學(xué)性能的影響主要來自過孔自身隔聲不足、存在泄露等常見問題，而雙阻抗毛氈良好的吸聲性能可以有效彌補(bǔ)防火墻總成這類不可避免的缺陷。

2 NVH性能試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 材料級NVH性能試驗(yàn)驗(yàn)證

雙阻抗毛氈材料NVH性能主要是根據(jù)其吸音系數(shù)和隔聲量的大小衡量的 [4]，這兩大參數(shù)主要通過阻抗管測試方法獲取，取直徑為29 mm和100 mm的樣件分別使用阻抗管的大小管進(jìn)行測試（如圖6和圖7所示）。

每個(gè)測試樣件均重復(fù)進(jìn)行3次以上的測試，取平均值作為測試結(jié)果，得到材料吸音系數(shù)和隔聲量結(jié)果如圖8和圖9所示。

由測試結(jié)果顯示，雙阻抗毛氈材料吸聲性能優(yōu)于EVA+PU發(fā)泡材料，但是其隔聲性能在部分頻段上劣于EVA+PU發(fā)泡材料。

2.2 產(chǎn)品級NVH性能試驗(yàn)驗(yàn)證

雙阻抗毛氈產(chǎn)品級NVH性能試驗(yàn)驗(yàn)證主要是通過安裝雙阻抗毛氈材料的零件到實(shí)車上進(jìn)行NVH試驗(yàn)驗(yàn)證。本文針對前圍內(nèi)隔音墊使用雙阻抗毛氈替代傳統(tǒng)的EVA+PU結(jié)構(gòu)進(jìn)行整車動(dòng)態(tài)NVH試驗(yàn)，對比分析兩者對車內(nèi)噪聲的影響（如圖10所示）。

前圍內(nèi)隔音墊作為阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲傳遞到車內(nèi)的主要零件之一，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量是衡量前圍內(nèi)隔音墊NVH性能優(yōu)劣的指標(biāo)之一 [5]。因此，本文針對發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況進(jìn)行驗(yàn)證，比如怠速工況，當(dāng)車輛處于怠速開空調(diào)工況時(shí)，聲音傳感器（布置在4個(gè)頭枕外耳位置）采集到的兩種不同前圍內(nèi)隔音墊的車內(nèi)前后排噪聲值（如圖11所示）。

由圖11可知，前圍內(nèi)隔音墊由EVA+PU結(jié)構(gòu)更換成雙阻抗毛氈之后，怠速工況時(shí)前排車內(nèi)噪聲聲壓級改善了約1 dB;后排車內(nèi)噪聲聲壓級改善了約2 dB。

當(dāng)車輛處于3擋加速工況（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200～4 500 r/min）時(shí)，聲音傳感器（布置在4個(gè)頭枕外耳位置）采集到的2種不同前圍內(nèi)隔音墊的車內(nèi)前后排噪聲值（如圖12所示）。

由圖12可知，前圍內(nèi)隔音墊由EVA+PU結(jié)構(gòu)更換成雙阻抗毛氈之后，3擋加速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為中高速時(shí)（2 500 r/min以上）車內(nèi)噪聲改善了1～3 dB。

當(dāng)車輛處于空擋滑行工況（車速從130 km/h滑行至80 km/h）時(shí)，聲音傳感器（布置在4個(gè)頭枕外耳位置）采集到的2種不同前圍內(nèi)隔音墊的車內(nèi)前后排噪聲值（如圖13所示）。

由圖13可知，前圍內(nèi)隔音墊由EVA+PU結(jié)構(gòu)更換成雙阻抗毛氈之后，空擋滑行工況時(shí)（車速從130 km/h滑行至80 km/h），車內(nèi)噪聲改善了1～2 dB。

3 結(jié)語

本文針對雙阻抗毛氈從材料級到產(chǎn)品級的聲學(xué)性能仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，研究了其材料級吸隔音性能和產(chǎn)品級隊(duì)車內(nèi)噪聲的影響。基于本文分析，可得到以下結(jié)論。

（1）通過阻抗管測試得知，材料級狀態(tài)的雙阻抗毛氈吸音系數(shù)比傳統(tǒng)的EVA+PU材料更優(yōu)，隔聲量則是傳統(tǒng)的EVA+PU更優(yōu)。

（2）通過統(tǒng)計(jì)能量法仿真分析得知，雙阻抗毛氈類材料比傳統(tǒng)的EVA+PU結(jié)構(gòu)更加適合應(yīng)用在汽車前圍內(nèi)隔音墊上，前者的吸音優(yōu)勢可以更好地彌補(bǔ)防火墻總成上開孔導(dǎo)致隔聲不足的缺陷，其隔聲性能在中高頻段與EVA+PU結(jié)構(gòu)基本相當(dāng)。

（3）通過整車動(dòng)態(tài)測試得知，產(chǎn)品級狀態(tài)的雙阻抗毛氈對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量比傳統(tǒng)的EVA+PU結(jié)構(gòu)更優(yōu)。

（4）雙阻抗毛氈成本低，輕量化結(jié)合NVH性能優(yōu)勢，不僅可以應(yīng)用在防火墻總成中，還可以為整車聲學(xué)包設(shè)計(jì)提供更多的選擇。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鄧江華.前圍總成特性對汽車聲學(xué)包性能影響[J].噪聲與振動(dòng)控制，2014（3）：78-81.

[2]Yuksel Gu，Jian Pan，David Wagner.SoundPacka-

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[3]龐劍.汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015：269-270.

[4]張紅磊，靳干，曹維福.汽車聲學(xué)包設(shè)計(jì)[J].研究與開發(fā)，2014（4）：48-51.

[5]鄧江華，宋俊，李燦，等.乘用車聲學(xué)包設(shè)計(jì)開發(fā)與優(yōu)化技術(shù)研究[J].聲學(xué)技術(shù)，2015，34（4）：353-357.