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(dòng)機(jī)噪音等。吸隔音性能作為汽車乘坐舒適性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，在一款車型立項(xiàng)之初，聲學(xué)性能工程師會(huì)根據(jù)該款車的車型等級(jí)定義其吸隔音級(jí)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(shí)會(huì)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(dòng)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(jì)市場(chǎng)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(duì)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(jì)的成本浪費(fèi)，或是欠設(shè)計(jì)的性能損失。從汽車的設(shè)計(jì)發(fā)布區(qū)域分析，總體的趨勢(shì)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(guó)自主品牌的應(yīng)用原則是根據(jù)車型級(jí)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(jí)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(jì)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(duì)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(gè)是翼子板隔音墊的主要聲學(xué)性能要求，也一直是一個(gè)備受爭(zhēng)議的問題。那么，從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，對(duì)于PU、PE和PET這些軟飾材料，肯定同時(shí)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(yàn)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(gè)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(duì)翼子板隔音墊材料進(jìn)行分析和對(duì)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?cè)?jīng)做過研究（表1），當(dāng)車速在（40~60）km時(shí)，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(shí)，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(shí)，增加翼子板隔音墊以后，整車噪音會(huì)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?？梢?，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(duì)比

2 材料選擇

統(tǒng)計(jì)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(duì)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(jiǎn)單，幾乎等同于平板[4]，所以本文不會(huì)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(duì)于材料的成型工藝，雖然這幾種常用材料的成型工藝相對(duì)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(jì)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(jì)分析的結(jié)果來看，基本上每個(gè)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(jí)還是零件級(jí)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(jí)材料的吸隔音性能和零件在整車路試以及PBNR測(cè)試中的吸隔音性能著手。

針對(duì)平板級(jí)材料的隔音性能，本文測(cè)試了某型號(hào)的PU（60 kg/m3）和PET（1 400 gsm）的平板級(jí)聲學(xué)試驗(yàn)結(jié)果（圖3），從這兩種不同翼子板隔音墊材料的平板級(jí)試驗(yàn)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(duì)于不同的整車廠來說，其聲學(xué)性能的要求對(duì)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(jì)合理的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，采取合理適用的比較和統(tǒng)計(jì)方法，如正交列表、質(zhì)量屋等。

圖3 某項(xiàng)目PU和PET平板級(jí)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(yàn)測(cè)試整車語音清晰度。測(cè)試結(jié)果說明，對(duì)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(duì)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(píng)價(jià)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(duì)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(jì)水平及工藝水平；對(duì)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(jì)者追求的方向。

汽車隔音即針對(duì)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(dòng)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(chǎng)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(jì)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(gè)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(gè)主機(jī)廠選擇一種或是兩種通用的材料是趨勢(shì)所向。因?yàn)檫@樣不僅可以節(jié)省模具費(fèi)用，還可以利用量的優(yōu)勢(shì)降低單價(jià)。因?yàn)檫@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(jí)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(duì)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(shì)；對(duì)于高檔車，1 500 gsm PET的翼子板隔音墊是將來的應(yīng)用趨勢(shì)。