汽车车身用NVH材料的应用研究

2018-11-30李原献

科技与创新 2018年7期

李原献

（一汽丰田技术开发有限公司，天津 300000）

NVH特性是汽车的主要性能目标之一，随着汽车工业的不断发展及消费者要求的不断提高，汽车的NVH特性正在受到越来越多的关注。NVH：Noise、Vibration、Harshness，即噪声、振动、声振粗糙度，体现了在汽车振动噪声的作用下，乘员舒适性感受和汽车行驶平顺、稳定的变化特性。为了提升车辆的NVH性能，在车辆设计开发阶段，会在车身的各个部位设定不同类型的NVH材料，实现车辆的NVH性能目标。车身用的NVH材料一般有3种，即吸收声音（吸音材）、防止声音穿透（隔音材）、防止车身振动（防振材），车身用的NVH材料因性能不同，被应用于车身的不同位置。

1 NVH材料的配置和使用目的

NVH材料的配置和使用因车而异，一辆车左右两侧大约有150个NVH用部品。根据使用目的来合理配置NVH材料的使用位置。

吸音材：为了减少来自发动机和轮胎的基音，需要在前机舱和轮罩内使用吸音材。为了进一步降低噪声，在顶盖等处也会追加使用吸音材；同时地毯等隔音材的表皮也具有吸音效果。

隔音材（包括密封材）：为了减少声音进入驾驶舱，在前机舱和驾驶舱隔断前围板、轮胎附近的地板等处使用防音材。因为隔音材有一定的质量，考虑到车身的轻量化，需要合理布置。

防振材：由发动机、轮胎的振动引起的车身振动，从而产生噪声，为了防止因车身的振动而产生噪声，需要在地板等容易振动之处使用防振材。

2 车身用NVH材简介

2.1 吸音材

吸音材是在一定的空间范围内，为了实现声音强度递减的目的而使用的材料。吸音材一般用于前机舱内、驾驶舱内等位置。吸音材的基本原理：声波通过声音的振动传播，吸音材将振动的空气粒子的动能转化为热能，从而实现吸音的目的。为了能定量表示吸音效果，体现不同吸音材的特征，设定了吸音率。

吸音率的定义：一定音强的声音穿透材料时，会产生穿透、反射和吸收3种现象，伴随3种现象的产生，声音强度也会相应减弱。其中，将反射以外的音强损失称为“吸音现象”，反射以外的音强损失与入射音强之比称为“吸音率”。吸音率的值越高，吸音效果越好。吸音材的料厚及密度决定着材料的吸音性能。

吸音材的料厚较大时，入射声波在吸音材内部行程，动能转化热能较多，吸音率提升。

密度增大时，入射声波在吸音材内遇到阻碍增加，动能转化热能较多，吸音率提升。

同等材料在增大料厚时，吸音率的实际测量值增大。

2.2 隔音材（包括密封材）

隔音的原理：一定音强射入隔音构造时，一部分能量被反射，还有一部分能量穿透隔音壁。穿透的音强与入射音强的比值为透过率，透过率可以用来衡量隔音的效果。实际上，将透过率的倒数用分贝（decibel）的形式来表示，将之称为透过损失TL（Transmission Loss）。

2.2.1 一层隔音壁时的透过损失

隔音壁的面密度增加，透过损失也会增加。这个现象称为重量法则（Mass Law）。

面密度增加时（M→2M），透过损失有6 dB的提升。面密度一定时，频率变高时（400 dB→800 dB）透过损失有6 dB的提升。

2.2.2 两层隔音壁时的透过损失

当1 250 Hz的声波以0°角射入面密度为m的隔音板时，透过损失约为20 dB。同样，声波在同样条件下射入两层面密度为m的隔音板时，透过损失约为26 dB（面密度提升1倍，透过损失增大6 dB）。当两层隔音壁之间有充分的距离时，声波在同样的条件下射入时，透过损失约为40 dB（一定距离下透过损失增大14 dB），因此在两层隔音壁放置一段距离时，对高频率的声波会有较好的隔音效果。但由于低频率的声波会在两个隔音壁之间形成共振，隔音效果会变差。在两层隔音壁放置一段距离时，一定频率声波的透过损失比一层隔音壁小。

2.2.3 平均透过损失

实车上各个部位使用的材料不同，透过率也不用。在计算由不同的材料构成的隔音壁时，透过率为平均透过率。当透过损失小的材料所占的面积较小时，对平均透过损失的影响比较大，因此隔音材料的选择对汽车的NVH性能至关重要。同时，由平均透过损失计算结果可知，如果隔音性能较好的隔音壁周围存在微小的间隙，隔音性能将大幅度下降，因此车体密封是确保车辆NVH性能的关键因素。