基于不同材料的乘用車前圍隔聲性能分析

陳明 李紹磊

（國家汽車質量監督檢驗中心（襄陽））

汽車前圍是分隔發動機艙和車廂的重要部件，其隔聲性能的好壞在很大程度上決定了駕駛員和乘客受發動機等噪聲干擾的程度。汽車前圍隔聲是隔聲工程的重點和難點，也是降低發動機噪聲最有效的方法[1]。前圍隔聲量評價方法主要有阻抗管法、試驗室法及整車測試法。阻抗管法僅對被測樣品的小部分進行測量，因而更側重于對材料本身隔聲性能的測試，無法有效考慮結構特性等因素的影響，不能完全反應被測樣品整體的隔聲性能；試驗室法利用混響室-半消聲室測試環境，通過測量傳聲器在兩室內的平均聲壓信號計算隔聲量。該方法對試驗場地、測試環境及測試樣品等均有特殊要求，且實際操作復雜，無法對測試樣品做出快速評價；整車測試法是在整備車身環境下利用聲腔傳遞函數對前圍板塊進行隔聲性能評價，該種方法降低了對測試環境和測試樣品的要求，因而易于快速開展工作。該測試結果直觀并有效，可以指導汽車隔聲材料的設計和選型，可為各階段汽車產品的NVH設計與控制提供科學的NVH設計參數、設計工藝及控制指標。文章以某指定車型為基礎，為該試驗車型選取不同材質的前圍隔聲墊，通過理論分析和試驗測量，分析出該車型前圍隔聲墊材質的體積質量和厚度對前圍隔聲性能的影響，為改善樣車車內噪聲干擾提供了有效建議。

1 隔聲性能原理及評價函數[2-3]

1.1 隔聲性能原理

隔聲是指聲波在空氣中傳播時，用各種易吸收能量的物質消耗聲波的能量，使聲能在傳播途徑中受到阻擋而不能直接通過的措施。

單層體積質量均勻的構件在受到聲波激發時，構件的振幅大小取決于構件的面密度、入射聲波的聲壓及頻率。構件越重、頻率越高透射波的振幅就越小，構件的隔聲效果也越好。復雜的隔聲構件由一些單層構件組成，它在隔聲機理上具有單層構件的特性，同時又具有各種單層構件綜合的特性。

1.2 聲腔傳遞函數

聲腔傳遞函數是通過求取響應聲壓與激勵體積加速度的比值，亦即通過求取傳遞函數的方式，對整車的隔聲性能進行量化評價。

聲腔傳遞函數的定義，如式（1）所示。

式中：A——聲腔傳遞函數，dB，定義A=0的基準值為2×10-5Pa·s2/m3;

P——測點聲壓，Pa；

a——揚聲器體積加速度，m3/s2。

聲腔傳遞的隔聲性能評價是基于聲腔傳遞函數，測試過程實際是對傳遞函數的求取過程。測試項目的傳遞函數值越小，則表明試驗樣品的隔聲性能越好。亦即對隔聲性能的評價值越小，則試驗樣品的隔聲性能越好。

單純的隔聲量（TL）數值表示的是測試樣品整體的隔聲性能，為單一數值，該數值無法對汽車局部隔聲性能進行判斷，而適用于對試驗樣品進行快速的整體性能判定。

實際工程應用中往往希望得到更多的測試樣品性能信息，以便著手進行結構改進和性能提升。基于聲腔傳遞函數的隔聲性能評價需要通過必要的頻帶分析來指出測試樣品的性能特征，以確定針對性改進措施，實現對測試樣品量體裁衣，從而促進測試樣品的改進和提升。

2 前圍隔聲性能實車試驗評價

2.1 試驗概況

文章以某乘用車為測試基礎，分別為其配備不同體積質量和厚度的EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）+雙組分棉前圍隔聲墊，其中雙組分棉的面密度為450 g/m2，對其進行基于聲腔傳遞函數的前圍隔聲性能評價，分析隔聲墊的體積質量和厚度對試驗樣車前圍隔聲性能的影響，并通過測試結果分析，最終完成該車型基于不同材料的前圍隔聲性能分析。該試驗共分3個項目。

1）項目1：基礎件測試。選定1款前圍隔聲墊作為基礎件，該基礎件材質為EVA材料+單層雙組分棉。將其安裝在試驗樣車上，安裝狀態滿足試驗要求。對基礎件進行測試分析，記錄測試結果作為基礎件性能指標。

2）項目2：不改變雙組分棉的體積和質量，提高其面密度和厚度。在基礎件上增加1層雙組分棉，增加的雙組分棉與基礎件上覆蓋的雙組分棉相同，亦即測試件材質為EVA材料+雙層雙組分棉。該測試件較之基礎件，雙組分棉的體積質量不變，面密度和厚度增加1倍。對該測試件進行測試，并明確記錄性能指標。

3）項目3：不改變雙組分棉的面密度，提高其厚度。將基礎件中配備的雙組分棉更換為相同面密度，但是厚度增加的雙組分棉。對于相同面密度的材質，厚度的增加使得材質的體積質量降低，因而該雙組分棉件較基礎件的體積質量明顯降低。對其進行測試并明確記錄性能指標。

表1示出某乘用車前圍隔聲性能評價試驗項目隔聲墊材質對比。

表1 某乘用車前圍隔聲性能評價試驗項目隔聲墊材質對比表

2.2 試驗結果分析

按項目規定對試驗樣車進行前圍隔聲性能測試，通過數據處理，獲取各試驗項目評價值，圖1示出前圍隔聲性能試驗聲腔傳遞函數曲線對比。通過對圖1中3個項目函數曲線的對比分析，可知：1）在400～800 Hz以內，上述3個項目的測試結果差異不大，而在1 000～4 000 Hz頻段內，3個項目的測試差異較大。由此說明，3個試驗項目采用的EVA+雙組分棉材質的體積質量及厚度的變化對中高頻段影響較大；2）項目2測試結果比項目1略好，由此說明，對試驗樣車在隔聲墊體積質量相同的前提下，提高隔聲墊面密度和厚度，可適當提高隔聲性能，但效果不是十分明顯；3）項目3比項目1測試結果略差，由此說明，降低試驗樣車隔聲墊的體積質量會導致隔聲性能下降。

圖1 某乘用車前圍隔聲性能試驗聲腔傳遞函數曲線對比圖

2.3 隔聲墊選材分析

以試驗分析結論為基礎，參考該樣車實際情況，來選取適合試驗樣車的前圍隔聲墊，分析結果如下。

1）從隔聲性能看，項目2測試結果最優，項目3測試結果最差，因而試驗樣車不宜選擇項目3采用的隔聲墊；

2）從安裝空間、產品輕量化及成本需求來看，項目2采用隔聲墊過厚（主體厚度20～35 mm）、過重（接近于項目1采用隔聲墊質量的2倍）及成本較高（增加了1層雙組分棉），因而選取項目2采用的隔聲墊具有一定的難度；

3）綜合考慮測試結果、車身結構及車身輕量化等因素，認為選取項目1采用的隔聲墊較為合適。如需進一步提高前圍隔聲性能，建議適當增加項目1中使用的雙組分棉體積質量和厚度。

3 結論

汽車前圍隔聲是隔聲工程的重點和難點，也是降低發動機噪聲最有效的辦法。整車狀態下進行前圍隔聲性能判定，能夠快速有效地對不同隔聲墊進行隔聲性能判定，并依此確定最符合測試汽車的前圍隔聲墊，該分析有利于實現汽車結構改進和部件選型。文章針對指定車型，進行了基于不同材料的前圍隔聲性能分析，并從材料體積質量和厚度等不同角度分析了不同隔聲墊對樣車隔聲性能的影響，完成了對測試樣車前圍隔聲墊的選型工作。為汽車前圍隔聲性能評價提供了真實有效的測試案例，也為乘用車整車隔聲性能評價工作提供了借鑒和參考。