汽車聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑

汽車聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑

——吸聲材料及雙層墻結(jié)構(gòu)在汽車聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用陳

宏2018.8.28一、聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)與質(zhì)量定律的沖突1、質(zhì)量定律：TL=20logm+20logf+△R（m—構(gòu)件的面密度）2、根據(jù)質(zhì)量定律，面密度越大，隔聲量也越大，面密度增加1倍，結(jié)構(gòu)隔聲量提高6dB；而質(zhì)量減少必將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)隔聲量的降低；3、整車聲學(xué)包輕量化的目標(biāo)是在NVH性能保持不變甚至還有所提高的前提下最大限度地降低整車重量；這就與質(zhì)量定律產(chǎn)生沖突4、要確保整車聲學(xué)包輕量化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，必須有其它的技術(shù)途徑能增加結(jié)構(gòu)的隔聲量、提升NVH性能，從而彌補(bǔ)因減重而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)隔聲量的降低，使整車聲學(xué)包輕量化的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。5、雙層墻結(jié)構(gòu)是汽車上常見的結(jié)構(gòu)，幾乎所有的聲學(xué)包部件與方案設(shè)計(jì)都具備雙層墻結(jié)構(gòu)的特征，深刻理解雙層墻結(jié)構(gòu)的聲學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)我們開展聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)至關(guān)重要；一、聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)與質(zhì)量定律的沖突6、在雙層墻結(jié)構(gòu)隔聲量設(shè)計(jì)過程中，通過優(yōu)化吸聲材料的使用能夠做到結(jié)構(gòu)隔聲量最大化和輕量化的完美統(tǒng)一；吸聲材料是雙層墻結(jié)構(gòu)甚至聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一7、吸聲材料在聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)中具有不可替代的作用，實(shí)際的聲學(xué)包設(shè)計(jì)過程中如何選擇聲學(xué)性能好、輕量化的吸聲材料是輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵8、3M公司開發(fā)的雙組份吸聲材料具有聲學(xué)性能好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，在聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)中有很多成功的案例；3M的系列聲學(xué)產(chǎn)品可以幫助客戶設(shè)計(jì)出在滿足NVH性能前提下、輕量化效果最好的聲學(xué)包產(chǎn)品來。1、NVH性能2、重量3、成本4、可回收性二、聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)的基本理念整車聲學(xué)包輕量化的目標(biāo)是在NVH性能保持不變甚至還有所提高的前提下最大限度地降低整車聲學(xué)包重量三、聲學(xué)包輕量化設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑1、強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙零件的吸聲性能2、車身等雙層墻結(jié)構(gòu)夾層的吸聲材料

聲學(xué)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)3、采用復(fù)合結(jié)構(gòu)4、整車及局部位置的密封性能的改善5、噪聲源排序及針對(duì)主噪聲源的噪聲治理6、傳遞路徑的傳遞損失的優(yōu)化設(shè)計(jì)7、消聲通道的吸聲材料聲學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)8、先進(jìn)技術(shù)的采用：如HMP3技術(shù)、CIM技術(shù)9、其它1、NVH性能2、重量3、成本目標(biāo)值設(shè)定技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑純吸聲聲學(xué)包零部件77

1、純吸聲零部件是指用吸聲材料制作的零部件，零件安裝在聲源附近，通過

在近場(chǎng)直接吸收傳播中的聲能量的方式來減少傳播到乘客艙的噪聲聲能量

的原理來降低噪聲2、純吸聲零部件的降噪原理為：通過在近場(chǎng)直接吸收傳播中的聲能量的方式

來減少傳播到乘客艙的噪聲聲能量的原理來降低噪聲，提升整車NVH性能

3、汽車上的純吸聲零部件主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)艙，主要有以下幾個(gè)零部件：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋吸聲墊（Hoodliner）

2）外前圍(Outerdash)

3）發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋吸聲墊（BeautyCoverabsorber）4、純吸聲零部件的性能優(yōu)化及輕量化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是：

1）原材料角度：吸聲性能優(yōu)、面密度低的吸聲材料

2）吸聲材料的覆蓋面積

3）零件的邊界處理方式

4)與其它零件的連接方式一、純吸聲聲學(xué)包零部件的輕量化設(shè)計(jì)88

二、發(fā)動(dòng)機(jī)艙純吸聲零部件99

1、強(qiáng)化吸聲性能：（1）噪聲源在無限大空間中傳播時(shí)，假定噪聲源噪聲值為SPL1，噪聲接收處

的噪聲值為SPL2，則結(jié)構(gòu)的固有聲傳遞損失STL可以計(jì)算為

STL=SPL1-SPL2（2）通常，我們所見到的聲學(xué)環(huán)境，無論是聲源與接收處的空間都不是無限

大，而是有限的區(qū)域，比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙與乘客艙。此時(shí)，結(jié)構(gòu)的真實(shí)

聲傳遞損失可以表示為：三、發(fā)動(dòng)機(jī)艙純吸聲零部件的輕量化設(shè)計(jì)10HPPelzerGroup10

三、發(fā)動(dòng)機(jī)艙純吸聲零部件的輕量化設(shè)計(jì)

11HPPelzerGroup11

三、發(fā)動(dòng)機(jī)艙純吸聲零部件的輕量化設(shè)計(jì)4、純吸聲零件聲學(xué)性能評(píng)估：

聲源到車內(nèi)傳遞損失建筑工程中的雙層墻結(jié)構(gòu)建筑工程中的雙層墻結(jié)構(gòu)1、在圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲設(shè)計(jì)中，按照質(zhì)量定律加大構(gòu)件的面密度或加大厚度都可以提高隔聲量，按照理論上的說法：面密度增加1倍，隔聲量提高6dB;但是只靠提高面密度來增加隔聲量并不十分顯著，同時(shí)又多占空間、增加載荷，而且成本的增加也大。例如要使隔聲量增加12dB,則構(gòu)件的厚度就要增加到原來的4倍，這顯然不是解決問題的辦法。建筑工程中的雙層墻結(jié)構(gòu)2、工程中要得到高效能的隔聲構(gòu)件，工程上一般采用雙層墻結(jié)構(gòu)，即將墻體分成2個(gè)墻體、中間夾有空氣層的雙層結(jié)構(gòu)，這樣結(jié)構(gòu)要比沒有空氣層的單層墻體的隔聲量大很多。例如“半磚墻+10cm空氣層

+半磚墻”的隔聲量要比一磚墻的隔聲量高8-12dB,隔聲量提高的非?？陀^，同時(shí)空間尺寸、重量、成本都有優(yōu)勢(shì)3、隔聲量增加的原因：將墻分為2層以后，中間插有一定厚度的空氣層以后，入射聲能經(jīng)過第一層墻穿透后，必須經(jīng)過空氣層的傳遞再傳到第二層墻體，這時(shí)空氣層起著柔韌墊子的彈性層的作用，從而消耗聲能；同時(shí)聲波依次透過不同的介質(zhì)表面時(shí)就要產(chǎn)生反射，聲波的多次反射也是聲能逐漸衰減建筑工程中的雙層墻結(jié)構(gòu)4、在雙層結(jié)構(gòu)中填充吸聲材料，對(duì)隔聲量有良好的影響，對(duì)高頻的隔聲量增加更加有效，填充的吸聲材料厚度越大，隔聲量的增加就越大5、在雙層結(jié)構(gòu)中填充吸聲材料不僅起吸聲作用，同時(shí)貼附在墻面上的吸聲材料有一定的阻尼特性，能夠阻礙墻板的彎曲振動(dòng)，從而降低墻板的聲輻射對(duì)雙層墻結(jié)構(gòu)的低頻特性改善有利汽車上的雙層墻結(jié)構(gòu)1、汽車上普遍采用雙層墻結(jié)構(gòu)在有限的空間里最大限度地增加結(jié)構(gòu)的隔聲量，同時(shí)減輕重量2、汽車上的鈑金、內(nèi)飾材料（軟內(nèi)飾、硬內(nèi)飾）組成雙層墻的墻體，結(jié)構(gòu)之間的空腔填充吸聲材料3、汽車上的鈑金與內(nèi)飾材料一般情況下不會(huì)輕易改動(dòng)設(shè)計(jì)，所以汽車上的雙層墻結(jié)構(gòu)隔聲量的調(diào)整，主要是調(diào)整中間的吸聲材料；相應(yīng)地其輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵還在于聲學(xué)材料。4、通過調(diào)整中間層材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在NVH性能與輕量化之間達(dá)到完美的平衡5、汽車上的雙層墻結(jié)構(gòu)部件根據(jù)空腔之間有無空氣層，分為兩大類：

1）吸聲材料與鈑金、內(nèi)飾之間完全貼合，如防火墻與內(nèi)前圍組成的雙層墻

結(jié)構(gòu)

2）雙層結(jié)構(gòu)之間除了吸聲材料以外還有空氣層，這是汽車上雙層墻結(jié)構(gòu)的主

要形式，即車身雙層墻結(jié)構(gòu)零部件一、汽車上的雙層墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、汽車雙層墻結(jié)構(gòu)的物理模型ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission12

SM600LEVAIncidentenergy貼合緊密ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission12SM600LEVAIncidentenergyAirGap存在空氣層分析：1、聲能量在傳播到其它介質(zhì)時(shí)，一般說來會(huì)經(jīng)過兩種形式的能量耗散：

（1）一部分能量會(huì)在介質(zhì)中耗散掉（材料吸聲性能越好，耗散的聲能量就越多）（2）在兩種介質(zhì)的交界處，如果兩種介質(zhì)的特性阻抗不同，則在邊界處會(huì)出現(xiàn)反射，聲能量

會(huì)反射回原來的介質(zhì)中；2、材料之間存在空氣層（相當(dāng)于貼合不好的情形），從能量耗散的角度來看相當(dāng)于比貼合好的

情形多了一次反射和介質(zhì)（空氣層）耗散的機(jī)會(huì)，因此耗散的聲能量相對(duì)較多，對(duì)降噪有利3、內(nèi)前圍與鈑金之間即使存在不貼合的情況，也不會(huì)對(duì)聲學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面的影響汽車內(nèi)前圍的輕量化設(shè)計(jì)一、汽車上常見結(jié)構(gòu)的內(nèi)前圍2、雙阻抗結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍1、傳統(tǒng)重質(zhì)層結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍

二、傳統(tǒng)重質(zhì)層結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍的輕量化設(shè)計(jì)2222

SoundTransmissionLossDoubleWallDecoupledRegion,TransitionRegion,,CoupledMassRegion,二、傳統(tǒng)重質(zhì)層結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍的輕量化設(shè)計(jì)1、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍隔聲量設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、重層的面密度

2）中間層的厚度

3）密封性2、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍的弊端

1）重

2）隔聲效果受密封性的影響太大：passthrough件的密封性處理不好的

話，效果大打折扣二、傳統(tǒng)重質(zhì)層結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍的輕量化設(shè)計(jì)2424雙阻抗是由具有不同流阻的軟硬層結(jié)構(gòu)，常見結(jié)構(gòu)形式為Felt/felt以及Felt/Foam結(jié)構(gòu)雙阻抗結(jié)構(gòu)具有吸、隔聲均衡的優(yōu)異的聲學(xué)特性三、雙阻抗內(nèi)前圍（Dashinner）與內(nèi)前圍輕量化設(shè)計(jì)雙阻抗內(nèi)前圍的結(jié)構(gòu)組成ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission1221SoftlayerHardlayerIncidentenergyFelt/FeltFelt/FoamFelt/FeltFelt/FoamFelt/Felt25AbsorptionIsolationResonanz-einbruchBaseline:0.8mmsteelpanelBaseline:0.8mmsteelpanel0%LeakageIsolationIsolation1.0%LeakageComparisonmaterialsystems–Influenceofleakages Spring-mass-system

DualImpedancesystem5.0%Leakage0.00.51.0100100010000Frequency[Hz]Absorption050100100100010000Frequency[Hz]STLin[dB]3、雙阻抗內(nèi)前圍與傳統(tǒng)重質(zhì)層結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍的聲學(xué)性能對(duì)比基于平板結(jié)構(gòu)三、雙阻抗內(nèi)前圍（Dashinner）與內(nèi)前圍輕量化設(shè)計(jì)雙阻抗內(nèi)前圍輕量化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：1、雙阻抗結(jié)構(gòu)具有吸、隔聲均衡的優(yōu)異的聲學(xué)特性2、雙阻抗結(jié)構(gòu)對(duì)輕微的泄露不敏感3、雙阻抗結(jié)構(gòu)的內(nèi)前圍在以下場(chǎng)合可以取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍而取得NVH性能與輕量化的完美平衡

1）發(fā)動(dòng)機(jī)比較安靜、對(duì)防火墻隔聲量要求不高的場(chǎng)合

2）泄露處理不是特別好的場(chǎng)合

三、雙阻抗內(nèi)前圍（Dashinner）與內(nèi)前圍輕量化設(shè)計(jì)

案例分享1

案例分享22929四、3M傳統(tǒng)重質(zhì)層內(nèi)前圍與輕量化設(shè)計(jì)正面：EVA背面：3MSM600L吸聲材料1、3M開發(fā)的重層結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍是將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“重層+PUFoam”或“重層+Felt”結(jié)

構(gòu)中的PUFoam或Felt替換成吸聲性能非常好、重量非常輕的3MSM系列吸聲材料，

克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍中間層材料吸聲性能差的缺陷、能更加有效地改善了內(nèi)前圍

的隔聲性能。是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)前圍的創(chuàng)新與改善。2、與傳統(tǒng)的重層內(nèi)前圍相比，3M內(nèi)前圍具有如下優(yōu)勢(shì):

1）隔聲性能更好；

2）重量更輕

3）對(duì)泄露的敏感程度低

4）結(jié)構(gòu)的吸聲性能更好3、3M內(nèi)前圍由于隔聲性能良好、重量更輕，特別適合于對(duì)防火墻隔聲量要求比較大

的場(chǎng)合。如果發(fā)動(dòng)機(jī)艙的噪聲較大，可以考慮優(yōu)先使用3M內(nèi)前圍4、最常用的3M內(nèi)前圍結(jié)構(gòu)組成為：2mmEVA+SM600L，NVH性能與輕量化同時(shí)達(dá)到

最優(yōu)的完美結(jié)構(gòu)。5、3M內(nèi)前圍在東風(fēng)裕隆、吉利、奇瑞、力帆、北汽銀翔、東風(fēng)裕隆等車型上獲得廣

泛的應(yīng)用四、3M傳統(tǒng)重質(zhì)層內(nèi)前圍與輕量化設(shè)計(jì)案例分享3車身雙層墻結(jié)構(gòu)零部件輕量化設(shè)計(jì)1、汽車上普遍采用雙層墻結(jié)構(gòu)在有限的空間里最大限度地增加結(jié)構(gòu)的隔聲量，同時(shí)減輕重量2、汽車上的鈑金、內(nèi)飾材料（軟內(nèi)飾、硬內(nèi)飾）組成雙層墻的墻體，結(jié)構(gòu)之間的空腔填充吸聲材料3、車身雙層結(jié)構(gòu)之間除了吸聲材料以外還有空氣層，這種結(jié)構(gòu)形式的雙層墻結(jié)構(gòu)是汽車車身上比較常見的結(jié)構(gòu)，包括門板、ABC柱、頂棚、擋泥板等位置，據(jù)統(tǒng)計(jì)汽車車身上至少有40個(gè)以上的結(jié)構(gòu)為雙層墻結(jié)構(gòu)

這些結(jié)構(gòu)遵循同一原則進(jìn)行NVH性能和輕量化設(shè)計(jì)4、汽車上的鈑金與內(nèi)飾材料一般情況下不會(huì)輕易改動(dòng)設(shè)計(jì)，所以汽車上的雙層墻結(jié)構(gòu)隔聲量的調(diào)整，主要是調(diào)整中間的吸聲材料；相應(yīng)地其輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵還在于聲學(xué)材料。5、通過調(diào)整中間層材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在NVH性能與輕量化之間達(dá)到完美的平衡一、汽車上的雙層墻結(jié)構(gòu)二、物理模型ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission12SM600LEVAIncidentenergyAirGap存在空氣層（貼合不良）三、車身雙層墻結(jié)構(gòu)零部件在汽車上的應(yīng)用?3M2010.AllRightsReserved.前門后門中通道后輪罩內(nèi)飾板后備門后備門上蓋板

后輪罩后備門尾飾板三、車身雙層墻結(jié)構(gòu)零部件在汽車上的應(yīng)用?3M2010.AllRightsReserved.A柱前門框下飾板B柱C柱+D柱發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋手套箱前輪罩三、車身雙層墻結(jié)構(gòu)零部件在汽車上的應(yīng)用序號(hào)零部件原方案3M整改方案?jìng)渥?左前門內(nèi)飾板吸聲墊(上)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

2左前門內(nèi)飾板吸聲墊(下)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

3右前門內(nèi)飾板吸聲墊(上)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

4右前門內(nèi)飾板吸聲墊(下)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

5左后門內(nèi)飾板吸聲墊(上)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

6左后門內(nèi)飾板吸聲墊(下)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

7右后門內(nèi)飾板吸聲墊(上)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

8右后門內(nèi)飾板吸聲墊(下)5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

9A柱上（左）5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

10A柱中（左）5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

11A柱下（左）5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

12A柱上（右）5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

13A柱中（右）5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

14A柱下（右）5mm棉氈3MTC3303吸聲材料

15B柱上（左）5mm棉氈3MSM200L吸聲材料

16B柱下（左）5mm棉氈3MSM201L吸聲材料

17B柱上（右）5mm棉氈3MSM200L吸聲材料

18B柱下（右）5mm棉氈3MSM200L吸聲材料

19C柱蓋板上（左）/3MTC3303吸聲材料20C柱蓋板下（左）/3MTC3303吸聲材料21C柱蓋板上（右）/3MTC3303吸聲材料三、車身雙層墻結(jié)構(gòu)零部件在汽車上的應(yīng)用22C柱蓋板下（右）/3MTC3303吸聲材料新增23D柱（左）/3MTC3303吸聲材料新增24D柱（右）/3MTC3303吸聲材料新增25D柱內(nèi)飾板/3MTC3303吸聲材料新增26右后內(nèi)輪罩上部蓋板吸聲墊/3MTC3303吸聲材料新增27左后輪罩內(nèi)側(cè)圍吸聲墊15mm棉氈3MSM600L吸聲材料

28左后輪罩內(nèi)側(cè)圍吸聲墊25mm棉氈3MSM600L