基于不同材料的乘用车前围隔声性能分析

陈明 李绍磊

（国家汽车质量监督检验中心（襄阳））

汽车前围是分隔发动机舱和车厢的重要部件，其隔声性能的好坏在很大程度上决定了驾驶员和乘客受发动机等噪声干扰的程度。汽车前围隔声是隔声工程的重点和难点，也是降低发动机噪声最有效的方法[1]。前围隔声量评价方法主要有阻抗管法、试验室法及整车测试法。阻抗管法仅对被测样品的小部分进行测量，因而更侧重于对材料本身隔声性能的测试，无法有效考虑结构特性等因素的影响，不能完全反应被测样品整体的隔声性能；试验室法利用混响室-半消声室测试环境，通过测量传声器在两室内的平均声压信号计算隔声量。该方法对试验场地、测试环境及测试样品等均有特殊要求，且实际操作复杂，无法对测试样品做出快速评价；整车测试法是在整备车身环境下利用声腔传递函数对前围板块进行隔声性能评价，该种方法降低了对测试环境和测试样品的要求，因而易于快速开展工作。该测试结果直观并有效，可以指导汽车隔声材料的设计和选型，可为各阶段汽车产品的NVH设计与控制提供科学的NVH设计参数、设计工艺及控制指标。文章以某指定车型为基础，为该试验车型选取不同材质的前围隔声垫，通过理论分析和试验测量，分析出该车型前围隔声垫材质的体积质量和厚度对前围隔声性能的影响，为改善样车车内噪声干扰提供了有效建议。

1 隔声性能原理及评价函数[2-3]

1.1 隔声性能原理

隔声是指声波在空气中传播时，用各种易吸收能量的物质消耗声波的能量，使声能在传播途径中受到阻挡而不能直接通过的措施。

单层体积质量均匀的构件在受到声波激发时，构件的振幅大小取决于构件的面密度、入射声波的声压及频率。构件越重、频率越高透射波的振幅就越小，构件的隔声效果也越好。复杂的隔声构件由一些单层构件组成，它在隔声机理上具有单层构件的特性，同时又具有各种单层构件综合的特性。

1.2 声腔传递函数

声腔传递函数是通过求取响应声压与激励体积加速度的比值，亦即通过求取传递函数的方式，对整车的隔声性能进行量化评价。

声腔传递函数的定义，如式（1）所示。

式中：A——声腔传递函数，dB，定义A=0的基准值为2×10-5Pa·s2/m3;

P——测点声压，Pa；

a——扬声器体积加速度，m3/s2。

声腔传递的隔声性能评价是基于声腔传递函数，测试过程实际是对传递函数的求取过程。测试项目的传递函数值越小，则表明试验样品的隔声性能越好。亦即对隔声性能的评价值越小，则试验样品的隔声性能越好。

单纯的隔声量（TL）数值表示的是测试样品整体的隔声性能，为单一数值，该数值无法对汽车局部隔声性能进行判断，而适用于对试验样品进行快速的整体性能判定。

实际工程应用中往往希望得到更多的测试样品性能信息，以便着手进行结构改进和性能提升。基于声腔传递函数的隔声性能评价需要通过必要的频带分析来指出测试样品的性能特征，以确定针对性改进措施，实现对测试样品量体裁衣，从而促进测试样品的改进和提升。

2 前围隔声性能实车试验评价

2.1 试验概况

文章以某乘用车为测试基础，分别为其配备不同体积质量和厚度的EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）+双组分棉前围隔声垫，其中双组分棉的面密度为450 g/m2，对其进行基于声腔传递函数的前围隔声性能评价，分析隔声垫的体积质量和厚度对试验样车前围隔声性能的影响，并通过测试结果分析，最终完成该车型基于不同材料的前围隔声性能分析。该试验共分3个项目。

1）项目1：基础件测试。选定1款前围隔声垫作为基础件，该基础件材质为EVA材料+单层双组分棉。将其安装在试验样车上，安装状态满足试验要求。对基础件进行测试分析，记录测试结果作为基础件性能指标。

2）项目2：不改变双组分棉的体积和质量，提高其面密度和厚度。在基础件上增加1层双组分棉，增加的双组分棉与基础件上覆盖的双组分棉相同，亦即测试件材质为EVA材料+双层双组分棉。该测试件较之基础件，双组分棉的体积质量不变，面密度和厚度增加1倍。对该测试件进行测试，并明确记录性能指标。

3）项目3：不改变双组分棉的面密度，提高其厚度。将基础件中配备的双组分棉更换为相同面密度，但是厚度增加的双组分棉。对于相同面密度的材质，厚度的增加使得材质的体积质量降低，因而该双组分棉件较基础件的体积质量明显降低。对其进行测试并明确记录性能指标。

表1示出某乘用车前围隔声性能评价试验项目隔声垫材质对比。

表1 某乘用车前围隔声性能评价试验项目隔声垫材质对比表

2.2 试验结果分析

按项目规定对试验样车进行前围隔声性能测试，通过数据处理，获取各试验项目评价值，图1示出前围隔声性能试验声腔传递函数曲线对比。通过对图1中3个项目函数曲线的对比分析，可知：1）在400～800 Hz以内，上述3个项目的测试结果差异不大，而在1 000～4 000 Hz频段内，3个项目的测试差异较大。由此说明，3个试验项目采用的EVA+双组分棉材质的体积质量及厚度的变化对中高频段影响较大；2）项目2测试结果比项目1略好，由此说明，对试验样车在隔声垫体积质量相同的前提下，提高隔声垫面密度和厚度，可适当提高隔声性能，但效果不是十分明显；3）项目3比项目1测试结果略差，由此说明，降低试验样车隔声垫的体积质量会导致隔声性能下降。

图1 某乘用车前围隔声性能试验声腔传递函数曲线对比图

2.3 隔声垫选材分析

以试验分析结论为基础，参考该样车实际情况，来选取适合试验样车的前围隔声垫，分析结果如下。

1）从隔声性能看，项目2测试结果最优，项目3测试结果最差，因而试验样车不宜选择项目3采用的隔声垫；

2）从安装空间、产品轻量化及成本需求来看，项目2采用隔声垫过厚（主体厚度20～35 mm）、过重（接近于项目1采用隔声垫质量的2倍）及成本较高（增加了1层双组分棉），因而选取项目2采用的隔声垫具有一定的难度；

3）综合考虑测试结果、车身结构及车身轻量化等因素，认为选取项目1采用的隔声垫较为合适。如需进一步提高前围隔声性能，建议适当增加项目1中使用的双组分棉体积质量和厚度。

3 结论

汽车前围隔声是隔声工程的重点和难点，也是降低发动机噪声最有效的办法。整车状态下进行前围隔声性能判定，能够快速有效地对不同隔声垫进行隔声性能判定，并依此确定最符合测试汽车的前围隔声垫，该分析有利于实现汽车结构改进和部件选型。文章针对指定车型，进行了基于不同材料的前围隔声性能分析，并从材料体积质量和厚度等不同角度分析了不同隔声垫对样车隔声性能的影响，完成了对测试样车前围隔声垫的选型工作。为汽车前围隔声性能评价提供了真实有效的测试案例，也为乘用车整车隔声性能评价工作提供了借鉴和参考。