翼子板隔音墊研究

朱沛英

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

背景介紹

隨著全球汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，家用轎車給人們的生活帶來了便利，但也帶來了普遍的環(huán)境噪聲問題。這里的噪音污染不單指汽車造成的環(huán)境中的噪音，也包括駕車者和乘車者在車內(nèi)感受到的胎噪、風(fēng)噪和發(fā)動機(jī)噪音等。吸隔音性能作為汽車乘坐舒適性的重要評價指標(biāo)，在一款車型立項之初，聲學(xué)性能工程師會根據(jù)該款車的車型等級定義其吸隔音級別，并初步布置吸隔音零件。目前人們受綠色環(huán)保和健康生活理念的影響，整車的吸隔音水平是顧客選車時會慎重考慮的指標(biāo)。

翼子板隔音墊是安裝在車前門和輪胎之間的鈑金上的零件（圖1），主要是為了阻隔路面噪聲和發(fā)動機(jī)噪聲傳到乘客艙。為了全面了解家用轎車中翼子板隔音墊的現(xiàn)狀并展望其后續(xù)的發(fā)展前景。統(tǒng)計市場上不同檔次的車型翼子板隔音墊的使用情況，調(diào)查結(jié)果如下：按照材料分類，翼子板隔音墊主要有三大類：PU（Polyurethane，聚胺酯）、PE（polyethylene，聚乙烯）和PET（Polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二醇酯）。按照車型檔次來分，微型車和小型車的翼子板隔音墊的材料主要是PU，大型車、豪華車及SUV的翼子板隔音墊的材料主要是PET，而緊湊型車和中型車的翼子板隔音墊的材料層次不齊，三種材料的翼子板隔音墊都有應(yīng)用，而且沒有任何規(guī)律可尋，這樣容易造成過設(shè)計的成本浪費(fèi)，或是欠設(shè)計的性能損失。從汽車的設(shè)計發(fā)布區(qū)域分析，總體的趨勢是：韓系車，翼子板隔音墊材料傾向選擇PU；美系車翼子板隔音墊材料傾向選擇PET；德系車翼子板隔音墊材料傾向選擇PE。而中國自主品牌的應(yīng)用原則是根據(jù)車型級別選擇材料，一般是，微型車和小型車選用PU材料的翼子板隔音墊；中級車和部分大型車選用PE材料的翼子板隔音墊；部分大型車及SUV等車型選擇PET材料的翼子板隔音墊。

圖1 翼子板隔音墊在整車中的位置

2015年上海車展上，統(tǒng)計車展上展出的部分車型的翼子板隔音墊材料，發(fā)現(xiàn)，除了上述三種主要材料PU、PE和PET的翼子板隔音墊之外，也有極少數(shù)車型選擇新型的特殊材料，如PP翼子板隔音墊，還有部分車型為了節(jié)約成本，沒有布置翼子板隔音墊，直接是利用鈑金延伸板來填充該區(qū)域的空腔。了解得知，汽車界對于翼子板隔音墊的聲學(xué)要求一直沒有明確的指標(biāo)，隔音性能和吸音性能，到底哪一個是翼子板隔音墊的主要聲學(xué)性能要求，也一直是一個備受爭議的問題。那么，從上述統(tǒng)計結(jié)果可以看出，對于PU、PE和PET這些軟飾材料，肯定同時具備吸音和隔音的功能，只是隔音和吸音的主導(dǎo)地位不同而已，但是根據(jù)經(jīng)驗判斷，PP和鈑金卻只能具備一定的隔音功能，完全不能吸音的。

1 工作原理

理論上，任何一種材料（物質(zhì)）都具有不同程度的減震、隔音、吸音的能力。阻隔噪音傳播的有效途徑主要是：密封、止震、隔音、吸音。在減震基礎(chǔ)上再進(jìn)行隔音、吸音以及密封處理，就可以達(dá)到安靜舒適的效果，目前使用的車用降噪產(chǎn)品可以分成四類：A、減震材料， B、吸音材料 ，C、隔音材料 ，D 、密封材料[1]。汽車隔音降噪探尋的是在多個方面綜合性能最佳的材料，而不是使用多種材料[2]。翼子板隔音墊的隔音功能主要通過降低或消除胎噪起作用，且應(yīng)該在中低速狀態(tài)下效果更明顯[3]。本文從工作原理、零件成型工藝以及材料本身的吸隔聲系數(shù)方面綜合分析，對翼子板隔音墊材料進(jìn)行分析和對比，從而選擇出一種或兩種隔音性能優(yōu)異、成本合理、便于安裝的汽車翼子板隔音墊材料。

既然駕車者和乘車者在車內(nèi)感受到的噪音來自很多方面，那么翼子板隔音墊是如何起作用的的，其吸隔音路徑是什么樣的呢？首先，本文要基于翼子板隔音墊在整車中的位置進(jìn)行分析。

我們曾經(jīng)做過研究（表1），當(dāng)車速在（40~60）km時，翼子板隔音墊的吸隔音作用不明顯；但是當(dāng)車速超過60 km/h時，增加翼子板隔音墊以后，噪音效果有得到很好的控制，特別是當(dāng)車速達(dá)到（100~120）km時，增加翼子板隔音墊以后，整車噪音會有3 dB的改善，駕駛者坐在車內(nèi)切實(shí)可以感覺到胎噪被抑制。可見，從整車的聲學(xué)要求考慮，如果一輛車子要具備優(yōu)異的聲學(xué)表現(xiàn)，那么翼子板隔音墊也是必不可少的零件。

表1 安裝翼子板隔音墊前后噪音值對比

2 材料選擇

統(tǒng)計結(jié)果表明，目前使用比較廣泛的翼子板隔音墊的材料有PU、PE和PET。本文將通過比較這幾種翼子板隔音墊材料的吸隔音性能、成本和零件的成型工藝、安裝便捷性等，選擇出一種或是兩種通用的翼子板隔音墊材料，在這之前需要研究各種材料本身的吸隔音性能，還需要研究成型工藝對零件吸隔音性能的影響，以及零件安裝到車子上以后的吸隔音性能，這些因素的綜合結(jié)果將為最終選擇材料提供指導(dǎo)方向。

受車身翼子板處鈑金造型及空間的影響，大部分材料的翼子板隔音墊造型都比較簡單，幾乎等同于平板[4]，所以本文不會將零件的造型作為影響零件性能的因素進(jìn)行研究；而零件的材料克重/密度和零件的厚度是主要的影響因素。對于材料的成型工藝，雖然這幾種常用材料的成型工藝相對新材料已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是工藝可以很大程度上影響零件的性能，所以也將作為影響材料隔音性能的主要因素進(jìn)行研究。通過調(diào)研、拆解分析及車展了解，統(tǒng)計目前幾種主要材料的翼子板隔音墊的密度/克重和厚度信息如圖2。

圖2 不同材料的翼子板隔音墊信息

3 吸隔音性能

從目前統(tǒng)計分析的結(jié)果來看，基本上每個整車廠的各種檔次的車子都布置有不同材料的翼子板隔音墊，但是在吸隔音性能要求方面，業(yè)內(nèi)無論是材料級還是零件級卻又都沒有明確的要求。那么接下來本文考慮的是：整車布置翼子板隔音墊的意義到底有多大？首先需要從平板級材料的吸隔音性能和零件在整車路試以及PBNR測試中的吸隔音性能著手。

針對平板級材料的隔音性能，本文測試了某型號的PU（60 kg/m3）和PET（1 400 gsm）的平板級聲學(xué)試驗結(jié)果（圖3），從這兩種不同翼子板隔音墊材料的平板級試驗結(jié)果可以看出：PU（60 kg/m3）和PET（1 400 gsm）的吸聲系數(shù)基本都可以滿足level B的吸聲要求，尤其是低頻區(qū)域，PU的吸聲表現(xiàn)更好。但是兩種材料的吸聲系數(shù)還是有區(qū)別的，這除了受材料本身的特性影響之外，還受到材料的密度（或是克重）和厚度的影響。對于不同的整車廠來說，其聲學(xué)性能的要求對于不同的材料是相同的。所以，橫向比較幾種不同材料的吸聲系數(shù)還是具有很大的意義的，只不過這些比較需要設(shè)計合理的實(shí)驗參數(shù)，采取合理適用的比較和統(tǒng)計方法，如正交列表、質(zhì)量屋等。

圖3 某項目PU和PET平板級材料的吸聲曲線

本文將表1中不同克重和厚度的翼子板隔音墊進(jìn)行全排列，分別將這些翼子板隔音墊安裝在不同檔次的車型上，然后通過整車四輪轉(zhuǎn)轂試驗測試整車語音清晰度。測試結(jié)果說明，對于中低檔車，PU 80 kg/m3（附PE 膜） 翼子板隔音墊的綜合性能最好；對于高檔車，1 500 gsm PET的翼子板隔音墊的綜合性能最好。

4 前景及展望

吸隔音性能作為汽車乘坐舒適性的重要評價指標(biāo)，一直受到各汽車主機(jī)廠和汽車使用者的廣泛關(guān)注。對于主機(jī)廠來說，汽車的吸隔音水平在很大程度上反映出其設(shè)計水平及工藝水平；對于汽車使用者來說，受綠色環(huán)保和健康生活理念的影響，選擇優(yōu)異的汽車吸隔音性能，已經(jīng)成為一種必然。況且，控制汽車噪音到最優(yōu)狀態(tài)一直是汽車設(shè)計者追求的方向。

汽車隔音即針對多種噪音布置隔音零件，將聲源隔絕到車廂以外，使車外的環(huán)境噪聲和發(fā)動機(jī)噪聲不能傳播到車廂，從而改善整車的聲學(xué)性能，以達(dá)到衰減車廂內(nèi)環(huán)境噪音效果的措施。目前市場上的車子都有隔音措施，只是程度參差不齊。翼子板隔音墊作為消除胎躁的主要零件，幾乎是每車必備，只是根據(jù)整車廠和車型的不同，該零件設(shè)計的方式、選擇的材料和布置的方式都不盡相同。

目前市面上常用的翼子板隔音墊的材料主要有PU、PE、PET和PP這幾種，而且這幾種材料幾乎每個主機(jī)廠都有使用，只是每種材料使用的比例不同而已。隨著汽車制造成本的急劇下降，每個主機(jī)廠選擇一種或是兩種通用的材料是趨勢所向。因為這樣不僅可以節(jié)省模具費(fèi)用，還可以利用量的優(yōu)勢降低單價。因為這幾種常用材料的成型工藝比較成熟，零件的成型工藝不需要調(diào)整，所以工藝不能作為選擇材料的主要參考因素。鑒于平板級材料的性能研究已經(jīng)有相當(dāng)?shù)某晒Y(jié)合本文的研究成果，對于中低檔車，PU 80 kg/m3（附PE膜） 翼子板隔音墊是將來的應(yīng)用趨勢；對于高檔車，1 500 gsm PET的翼子板隔音墊是將來的應(yīng)用趨勢。