雙阻抗毛氈類材料NVH性能研究

馮海萍 付 年 顧曉卓 郭名權

【關鍵詞】雙阻抗毛氈;NVH性能;關鍵子系統;聲學包

【中圖分類號】U463.832 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）07-0046-03

0 引言

近年來，隨著汽車用戶對車內聲品質的要求不斷提高，聲學包裝材料在汽車行業的應用越來越多 [1]。為適應市場需求和應對行業競爭壓力，聲學包裝設計的發展趨勢必然趨向于低成本、輕量化、性能優。

汽車防火墻是發動機噪聲和熱量直接傳遞到車內的主要路徑之一，是由前圍內外隔音墊和前隔板及其他附件組成的 [2]。其中，前圍內隔音墊作為車內最關鍵的聲學包零件，其開發設計在整車聲學包設計中尤為重要。傳統的EVA+PU發泡材料前圍內隔音墊重量大、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隔音墊均廣泛地應用在汽車中。

本文以雙阻抗毛氈類材料為主要研究對象，首先通過統計能量分析方法仿真對比傳統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用中的優勢，并提出了優化方案。然后采用阻抗管測試方法和整車動態測試方法對雙阻抗毛氈材料級和產品級的NVH性能進行對比分析，驗證雙阻抗毛氈類材料具有的NVH性能在汽車中的應用優勢。

1 防火墻總成聲學性能仿真分析

本文使用統計能量分析法常用的商業軟件VAone對防火墻總成聲學性能進行仿真分析。首先建立一個防火墻總成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，建立子系統模型;然后輸入損耗因子、吸隔音材料聲學參數及物理參數;最后輸入激勵。

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，進行防火墻總成隔聲性能仿真分析和試驗校對。防火墻總成隔聲性能試驗采用消聲室-混響室法，前隔板上的開孔在試驗過程中進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數據和仿真分析結果對比分析如圖3所示。

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

1.2 對防火墻總成聲學性能的影響

使用防火墻SEA模型對傳統EVA+PU發泡結構前圍內隔音墊和雙阻抗毛氈前圍內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性能影響進行聲音衰減量（NR）對比分析，NR分析綜合考慮聲學材料的吸聲和隔聲特征，能綜合反映聲學材料的NVH性能。

不考慮過孔影響時，由圖4可知，雙阻抗毛氈的聲學綜合性能均低于EVA+PU發泡，僅在5 000 Hz以上與其接近，此時當前圍內隔音墊本身的覆蓋和厚度分析較理想時，則前圍內隔音墊使用EVA+PU發泡結構能更好地提升防火墻總成聲學性能。

考慮過孔影響時，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發泡結構基本相當，但2 000 Hz以下頻段仍低于EVA+PU發泡結構3 dB左右，此時對防火墻聲學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防火墻總成這類不可避免的缺陷。

2 NVH性能試驗驗證

2.1 材料級NVH性能試驗驗證

雙阻抗毛氈材料NVH性能主要是根據其吸音系數和隔聲量的大小衡量的 [4]，這兩大參數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行測試（如圖6和圖7所示）。

每個測試樣件均重復進行3次以上的測試，取平均值作為測試結果，得到材料吸音系數和隔聲量結果如圖8和圖9所示。

由測試結果顯示，雙阻抗毛氈材料吸聲性能優于EVA+PU發泡材料，但是其隔聲性能在部分頻段上劣于EVA+PU發泡材料。

2.2 產品級NVH性能試驗驗證

雙阻抗毛氈產品級NVH性能試驗驗證主要是通過安裝雙阻抗毛氈材料的零件到實車上進行NVH試驗驗證。本文針對前圍內隔音墊使用雙阻抗毛氈替代傳統的EVA+PU結構進行整車動態NVH試驗，對比分析兩者對車內噪聲的影響（如圖10所示）。

前圍內隔音墊作為阻隔發動機噪聲傳遞到車內的主要零件之一，當發動機工作時，車內噪聲的貢獻量是衡量前圍內隔音墊NVH性能優劣的指標之一 [5]。因此，本文針對發動機常用工況進行驗證，比如怠速工況，當車輛處于怠速開空調工況時，聲音傳感器（布置在4個頭枕外耳位置）采集到的兩種不同前圍內隔音墊的車內前后排噪聲值（如圖11所示）。

由圖11可知，前圍內隔音墊由EVA+PU結構更換成雙阻抗毛氈之后，怠速工況時前排車內噪聲聲壓級改善了約1 dB;后排車內噪聲聲壓級改善了約2 dB。

當車輛處于3擋加速工況（發動機轉速為1 200～4 500 r/min）時，聲音傳感器（布置在4個頭枕外耳位置）采集到的2種不同前圍內隔音墊的車內前后排噪聲值（如圖12所示）。

由圖12可知，前圍內隔音墊由EVA+PU結構更換成雙阻抗毛氈之后，3擋加速工況下發動機轉速為中高速時（2 500 r/min以上）車內噪聲改善了1～3 dB。

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

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

3 結語

本文針對雙阻抗毛氈從材料級到產品級的聲學性能仿真分析和試驗驗證，研究了其材料級吸隔音性能和產品級隊車內噪聲的影響。基于本文分析，可得到以下結論。

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

（2）通過統計能量法仿真分析得知，雙阻抗毛氈類材料比傳統的EVA+PU結構更加適合應用在汽車前圍內隔音墊上，前者的吸音優勢可以更好地彌補防火墻總成上開孔導致隔聲不足的缺陷，其隔聲性能在中高頻段與EVA+PU結構基本相當。

（3）通過整車動態測試得知，產品級狀態的雙阻抗毛氈對車內噪聲的貢獻量比傳統的EVA+PU結構更優。

（4）雙阻抗毛氈成本低，輕量化結合NVH性能優勢，不僅可以應用在防火墻總成中，還可以為整車聲學包設計提供更多的選擇。

參 考 文 獻

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

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

ge Development for Lightweight Vehicle Design using Statistical Energy Analysis（SEA）[EB/OL].http：//

papers.sae.org/2015-01-2302，2015-06-15.

[3]龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京：機械工業出版社，2015：269-270.

[4]張紅磊，靳干，曹維福.汽車聲學包設計[J].研究與開發，2014（4）：48-51.

[5]鄧江華，宋俊，李燦，等.乘用車聲學包設計開發與優化技術研究[J].聲學技術，2015，34（4）：353-357.