某車型前圍密封及聲學(xué)包優(yōu)化研究

(上海汽車集團股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438)

0 前言

隨著汽車市場的快速發(fā)展，人們對車內(nèi)噪聲的關(guān)注日益增加。對傳統(tǒng)汽車來說，發(fā)動機、變速箱、空調(diào)系統(tǒng)等零部件為汽車的主要噪聲源，對車內(nèi)噪聲的貢獻量巨大。這些噪聲源均布置在前艙內(nèi)，乘員艙通過前圍將噪聲源隔離，前圍一方面起到密封乘員艙的作用，另一方面能降低前艙內(nèi)噪聲向車內(nèi)的輻射，所以前圍的聲學(xué)性能設(shè)計格外重要。

前圍總成包括外前圍聲學(xué)材料、前圍鈑金、內(nèi)前圍聲學(xué)材料。為了隔離前艙傳到乘員艙的噪聲，前圍總成主要以隔噪為主，吸噪不計或者為輔[1]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對前圍聲學(xué)處理進行了大量的研究。羅竹輝等[2]對EVA+PU形式的乘用車內(nèi)前圍隔音墊的隔噪性能進行了仿真分析，通過采用不同材料的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和聚氨酯材料(PU)，確定了隔噪效率最優(yōu)的EVA厚度和PU密度。MORITZ等[3]對不同材料的前圍聲學(xué)材料進行隔噪性能的測試，通過測試結(jié)果分析，得出最優(yōu)隔噪性能和質(zhì)量比的聲學(xué)材料，采用此聲學(xué)材料既保證了聲學(xué)性能又減輕了零部件質(zhì)量。鄧江華[4]通過仿真和試驗結(jié)合，分析防火墻泄漏量、覆蓋率和材料密度，得出了各因素對隔噪量的影響。

本文針對某MPV怠速關(guān)空調(diào)時車內(nèi)噪聲大的問題，根據(jù)排查結(jié)果，確認其主要噪聲源為發(fā)動機。通過與對標車進行發(fā)動機臺架噪聲對比試驗，得出該MPV前圍隔噪量不足及存在漏噪現(xiàn)象為主要原因。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化前圍的密封性和提高聲學(xué)包隔噪量，最終使得怠速車內(nèi)噪聲有了明顯的降低。

1 怠速噪聲特性分析

某MPV車在關(guān)空調(diào)工況下怠速運行，主觀評估噪聲較對標車大。通過實車測試，某MPV車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲客觀測試結(jié)果為48.6 dB(A)，而對標車車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲客觀測試結(jié)果為45.2 dB(A)，某MPV車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲比對標車高3.4 dB(A)。從1/3倍頻程圖來看，與對標車相比，較大的頻段基本集中在中高頻，見圖1。基于以上結(jié)果可以判定，在怠速工況下，高頻的噪聲主要為空氣噪聲。為了更好地對其采取降噪處理的措施，需先對噪聲源進行識別。

圖1 某MPV車與對標車怠速車內(nèi)耳旁噪聲1/3倍頻程圖

2 噪聲源識別及分析

2.1 基于隔離法的噪聲源識別

基于噪聲源為空氣噪聲的判斷，本文采用選擇覆蓋法(選擇隔噪法)的噪聲源識別方法。該方法是將各噪聲源用隔聲材料覆蓋起來或引入消聲器內(nèi)，然后依次暴露噪聲源，測量響應(yīng)處的噪聲，從而得到各噪聲源對響應(yīng)處的影響[5]。對于該MPV來說，首先將汽車外前圍處用鉛板和隔聲材料完全覆蓋，并將進排氣噪聲引出到消聲器中，再將相同怠速工況下逐一恢復(fù)各噪聲源的狀態(tài)。通過測量駕駛員右耳旁噪聲和上一狀態(tài)下噪聲之差即可識別出該聲源的噪聲水平和在車輛怠速時聲壓級中的貢獻量，如圖2所示。測試結(jié)果如表1所示。

圖2 隔離法噪聲源識別試驗

序號測試工況駕駛員耳旁噪聲/dB(A)1原始狀態(tài)48.62引出進氣噪聲48.13引出排氣噪聲47.84發(fā)動機艙隔離噪聲45.2

通過聲壓級能量疊加公式可得到各聲源的聲壓級，如式(1)所示

(1)

式中，L各聲源的聲壓級，Li為各噪聲源聲壓級，N為噪聲源數(shù)目。

根據(jù)式(1)計算出各噪聲源貢獻量，如表2所列。從表2中可知，對駕駛員右耳處噪聲的貢獻量而言，各零部件的貢獻量大小排序依次為發(fā)動機本體噪聲、進氣噪聲和排氣噪聲。

表2 各噪聲源貢獻量計算結(jié)果

2.2 發(fā)動機臺架噪聲試驗

鑒于該MPV車怠速工況下車內(nèi)噪聲的主要來源為發(fā)動機噪聲，對該MPV車和對標車的兩臺不同的發(fā)動機進行了臺架噪聲試驗，對比兩者之間的噪聲差異。根據(jù)GB/T 1859.3的方法，使用九點測試法，在半消聲室測量怠速工況下發(fā)動機的表面聲壓級，見圖3。根據(jù)測試結(jié)果，計算出發(fā)動機的聲功率級。

圖3 發(fā)動機臺架噪聲測試圖

發(fā)動機的表面聲壓級計算公式為

(2)

式中，Lp發(fā)動機的表面聲壓級,Lpi為第i個傳聲器位置處測得的噪聲聲壓級，NM為傳聲器位置的數(shù)目。

根據(jù)式(2)，可通過式(3)得到發(fā)動機噪聲的聲功率級為

LW=Lp+101lg(S/S0)

(3)

式中，S為測量表面面積，S0為基準面積，Lp發(fā)動機的表面聲壓級。

根據(jù)試驗結(jié)果計算所得兩臺發(fā)動機聲功率級，某MPV發(fā)動機為80.6 dB(A)，對標車發(fā)動機為80.9 dB(A)，見圖4。

圖4 發(fā)動機聲功率級1/3倍頻程對比圖

圖4中兩臺發(fā)動機的聲功率級并無明顯差異，因此該MPV車怠速噪聲大的主要原因還是由于前圍總成的隔噪量不足。

3 怠速噪聲的優(yōu)化措施

通過以上試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該MPV車在怠速工況下車內(nèi)噪聲主要來源是發(fā)動機噪聲，而對比該MPV與對標車的發(fā)動機臺架噪聲試驗結(jié)果可知，兩臺發(fā)動機噪聲水平相當，所以根據(jù)降低車內(nèi)噪聲水平的原理來說，重點應(yīng)放在控制噪聲傳遞路徑的方法上來。由于車內(nèi)噪聲差異為高頻噪聲，因此控制傳遞路徑應(yīng)該對前圍的密封性和隔噪方面設(shè)計進行改進。

3.1 前圍密封性優(yōu)化

車身密封開發(fā)是汽車振動-噪聲-平順性(NVH)性能得到保證的基礎(chǔ)性工作。衡量車身密封性狀態(tài)主要是通過車身的氣密性測試來確定的。氣密性測試方法大致分為兩類：一類是恒壓法，即通過鼓風(fēng)機以恒定的氣壓向車體內(nèi)部加壓，當施加于車內(nèi)的氣壓與車身漏氣量達到壓力平衡時，恒定的泄漏值即為車身漏氣量，泄漏值越小，氣密性則越好；另一類是減壓法，即通過鼓風(fēng)機以恒定的氣壓向車體內(nèi)部加壓至預(yù)定氣壓值，然后關(guān)閉進氣閥，由于氣體泄漏氣壓會逐漸減小，測量結(jié)果即是從預(yù)定的高壓值減小到預(yù)定的低壓值所需的時間，當時間越長時，氣密性則越好。目前國內(nèi)主機廠使用恒壓法來測試整車的氣密性，見圖5。

圖5 白車身氣密性試驗圖

根據(jù)測試原理，可以得到氣體流量與泄漏面積之間的關(guān)系為

(4)

式中，Q為漏氣量，aD為流量系數(shù)，A為泄漏面積，Pi為車內(nèi)壓力，Po為車外壓力，ρ0為空氣密度。

通過測量的漏氣量和壓力值，根據(jù)式(4)可以計算出泄漏面積，泄漏面積表征了泄漏區(qū)域的大小。

結(jié)合車輛實際情況，要減小泄漏量，需要通過優(yōu)化前圍板及前地板的鈑金結(jié)構(gòu)、涂膠和過孔等的密封來實現(xiàn)，見圖6。

圖6 白車身關(guān)注的密封鈑金區(qū)域

通過白車身氣密性試驗，確定了主要的泄漏點，如表3所列。

表3 前圍和前地板主要泄漏點

①為了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定單位——編注。

對于空調(diào)進風(fēng)口本體可知，泄漏原因主要是內(nèi)外循環(huán)閥門密封不良、內(nèi)外循環(huán)模式切換密封不完善造成的。通過更換符合設(shè)計狀態(tài)的閥門零件，修復(fù)了內(nèi)外循環(huán)的控制邏輯，此處異常泄漏消失。

空調(diào)風(fēng)口和鈑金搭接縫隙泄漏原因是風(fēng)口與鈑金搭接泡棉過盈量不足引起的。通過增加風(fēng)口與鈑金之間的泡棉厚度完全消除了該處泄漏。

對于鈑金搭接的泄漏，經(jīng)過實車檢查，部分區(qū)域涂膠有缺陷，見圖7。

圖7 涂膠狀態(tài)較差的關(guān)鍵區(qū)域

結(jié)合白車身情況，對上述各區(qū)域的涂膠工藝進行了優(yōu)化，尤其是隔絕主要噪聲源的鈑金縫隙，實現(xiàn)上述區(qū)域泄漏量為零。

其次,檢查前艙區(qū)域的過孔和工藝孔，確保前艙鈑金沒有無用孔，且每個過孔和工藝孔均有密封設(shè)計定義。具體措施見圖8和表4。

3.監(jiān)管效率更高，加強了事中控制和事后檢查處罰。監(jiān)管部門之間的時間和精力有限，大量公告、采購文件需要審批，還要處理投訴，監(jiān)管效率不高。現(xiàn)在，審批改為備案，特別是消耗監(jiān)管部門精力和時間最多的采購文件的審批，改為預(yù)公示制度或在采購公告發(fā)布網(wǎng)頁增加采購文件鏈接，任何人可以隨時下載。采購文件內(nèi)容是否公平公正，交由市場各方人員特別是供應(yīng)商去判定。減少了審批人員和審批事項之后，監(jiān)管部門便擁有更多人員充實一線監(jiān)管力量，有更多的時間和精力加強制度建設(shè)，加強對政策執(zhí)行、采購過程的監(jiān)督檢查，依法查處違法違規(guī)行為。

圖8 前艙孔洞及堵塞檢查內(nèi)容

孔洞編號孔洞功能孔洞大小密封措施1/6/8/15焊接定位孔Φ25 mm橡膠堵蓋2空調(diào)進風(fēng)口0.020 0 m2PU發(fā)泡3高低壓管過孔0.002 0 m2PU發(fā)泡4暖風(fēng)水管過孔0.002 0 m2PU發(fā)泡5CCB安裝定位孔Φ12 mm橡膠堵蓋7機艙線束過孔Φ80 mm三元乙丙橡膠(EPDM)密封墊9真空助力器過孔Φ36 mmEPDM密封墊10制動踏板過孔Φ72 mmEPDM密封墊11轉(zhuǎn)向管柱過孔0.001 4 m2EPDM密封墊12軟軸過孔0.002 0 m2EPDM密封墊13空調(diào)漏水孔Φ25 mm橡膠管14洗滌管過孔Φ25 mmEPDM密封墊

經(jīng)過上述處理，白車身的泄漏量減小到了40 cfm，最終結(jié)果優(yōu)于對標車，見表5。

表5 白車身泄漏量

通過上述一系列控制流程，有效地控制了前艙等重點區(qū)域的泄漏量，為后續(xù)的吸收隔聲性能及整車NVH性能控制提供了良好的基礎(chǔ)。

3.2 聲學(xué)包隔聲優(yōu)化

聲學(xué)包結(jié)構(gòu)由吸噪層和隔噪層組成。吸噪層通常采用PU泡沫或棉氈，隔聲層通常采用EVA。前圍板作為隔噪層，通常和內(nèi)前圍構(gòu)成，包括鈑金隔噪層、吸噪層和隔噪層，這種“三明治”結(jié)構(gòu)，極大地提高NVH性能。

上文中對前圍鈑金優(yōu)化完成后，需再對內(nèi)前圍隔噪墊進行優(yōu)化，主要是縮孔，即減小隔噪墊的開孔，減少零件與隔噪墊之間的縫隙，優(yōu)化前后的隔噪墊零件見圖9，具體共8處優(yōu)化位置，詳見圖10和表6。

圖9 內(nèi)前圍隔噪墊開孔縮孔優(yōu)化前后對比圖

圖10 內(nèi)前圍隔噪墊優(yōu)化圖

同理，對外前圍隔噪墊進行縮孔優(yōu)化，具體優(yōu)化方案共6個，詳見圖11和表7。

圖11 項目車型外前圍隔噪墊優(yōu)化圖

序號優(yōu)化目標1隔噪墊在中通道處往下延伸2轉(zhuǎn)向中間軸處增加覆蓋3空調(diào)冷熱水管處壓隔噪墊邊緣4前艙線束處壓隔噪墊邊緣5空調(diào)進風(fēng)口處壓隔噪墊6三踏與儀表板橫梁安裝點處壓隔噪墊7左A柱下隔噪墊缺口填補8右A柱下隔噪墊缺口填補

表7 項目車型外前圍隔噪墊優(yōu)化內(nèi)容

通過上述優(yōu)化方案，內(nèi)前圍覆蓋面積增加4%，外前圍覆蓋面積增加3%。對前圍的隔噪量試驗結(jié)果如圖12所示。從圖12可知，前圍的隔噪量在中低頻段基本無變化，從1 600 Hz開始的高頻段隔噪量逐漸增大，說明前圍密封和聲學(xué)包的優(yōu)化對高頻段噪聲的隔離更有效。

圖12 前圍隔噪量優(yōu)化前后對比圖

3.3 試驗驗證

圖13 優(yōu)化前后MPV怠速車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲1/3倍頻程圖

在怠速工況下，對完成以上優(yōu)化措施MPV車的車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲進行測試，試驗結(jié)果如圖13所示。從圖13可見，駕駛員耳旁噪聲的高頻成分有明顯的下降趨勢，對于原始狀態(tài)來說，噪聲從48.6 dB(A)下降到44.8 dB(A)，下降了3.8 dB(A)，耳旁噪聲優(yōu)于對標車，達到了預(yù)期的優(yōu)化目標。

4 總結(jié)

以某MPV車怠速工況下車內(nèi)噪聲為研究對象，系統(tǒng)地闡述了整個優(yōu)化過程和具體的噪聲控制措施。采取優(yōu)化措施后，某MPV在怠速工況下，駕駛員耳旁噪聲由48.6 dB(A)下降到44.8 dB(A)，噪聲中的高頻成分得到抑制，優(yōu)于對標車表現(xiàn)。通過以上研究工作，獲得以下結(jié)論：

(1) 通過隔離法能夠快速地識別噪聲源，為制定降噪措施提供依據(jù)。

(2) 車輛密封性和聲學(xué)包對整車的NVH性能有重要影響，主要對車內(nèi)噪聲的高頻成分有良好的抑制作用。

(3) 前圍鈑金的泄漏量和前圍聲學(xué)包的開孔面積同樣重要。泄漏量和開孔面積越大，從該處的泄漏噪聲就越大，所以需充分考慮減小鈑金泄漏點，增加聲學(xué)包覆蓋率。