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汽车车身噪声与振动控制效果

时间:2023-08-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:泡沫吸声材料的吸声系数非常高。PU发泡材料是一种广泛应用在车身上的泡沫型多孔吸声材料,比如用在前壁板上、地毯上等。由于成本较低,纤维吸声材料在经济型汽车上得到了广泛应用。图4-51显示放置在A柱内、车门内、置物板内的吸声材料。它也被称为结构衬底层,由吸声材料组成,是顶棚吸声的主体。它也被称为护理层,是防止吸声材料窜动。

汽车车身噪声与振动控制效果

1.吸声材料应用的地方和种类图4-47显示了吸声材料在车身上的主要应用地方。吸声材料独立使用的地方有:仪表板、车门、立柱、顶棚、轮毂包、行李箱中控通道、发动机舱、座椅等。

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图4-47 吸声材料在车身上的应用(见彩插)

吸声材料的应用可以分成三类:第一类是形状固定的吸声结构,如发动机舱盖板隔热垫、发动机舱前壁板吸声垫;第二类是自由放置的材料或者形状没有严格规定的结构,比如放置在轮毂包内的吸声材料、车门内板里面的吸声材料、仪表板内部的吸声材料、中控通道内部的吸声材料、顶棚装饰板上的吸声材料、ABC柱内的吸声材料;第三类是座椅,座椅作为一个特殊的结构,其吸声作用非常重要。

汽车上常用的吸声材料有两种:泡沫吸声材料和纤维吸声材料。

泡沫吸声材料的吸声系数非常高。特别在2000~4000Hz范围内,吸声系数可以达到0.7。PU发泡材料是一种广泛应用在车身上的泡沫型多孔吸声材料,比如用在前壁板上、地毯上等。但是,它的成本比较高,因此主要用在中高级车上。

纤维吸声材料包括玻璃纤维、针刺纤维毡、热塑纤维毡、树脂纤维等。纤维材料的吸声系数随着频率的增加而增加,只有到了比较高的频率时,吸声系数才可能达到0.7。比如棉毡就是一种应用非常广的纤维材料,多用在前壁板、地毯等地方。由于成本较低,纤维吸声材料在经济型汽车上得到了广泛应用。

2.固定成型的吸收结构

固定成型吸声结构的典型例子是发动机舱盖板隔热垫和前壁板外侧隔热垫。这种吸声结构有一定的形状,用螺栓或者卡扣安装在金属钣金件上,而且其形状基本保持不变。图4-48所示为一个发动机舱盖板隔热垫,它由三层结构组成:中间的吸声材料和外面两层隔热面料。它既能隔离发动机的热传递,也能吸收发动机的噪声。

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图4-48 发动机舱盖板隔热垫

中间层常使用的吸声材料有玻璃纤维、PU泡沫和热塑纤维毛毡。玻璃纤维的隔热性能和吸声性能都非常好,而且成本低,但是对人体有害,主要用于经济型汽车。PU材料在吸声材料外面加两层面料(通常是无纺布),就像覆盖了薄膜,起到一点点隔声作用,提升了中低频的吸声性能,但是高频的吸声性能有所降低,主要用在中高级轿车。

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图4-49 隔热垫对车外怠速噪声的影响

图4-49所示为某车怠速时,在发动机罩盖上方测量的噪声曲线,两条曲线分别在有隔热垫和没有隔热垫的条件下测得。增加隔热垫之后,整个频段内的噪声都降低了,中高频段降低了5~10dB(A)。这表明隔热垫起到了良好的隔声效果。

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图4-50 隔热垫对车内加速噪声的影响

图4-50所示为汽车全加速(WOT)状态下,有无隔热垫的车内噪声曲线比较。可以看出,安装了隔热垫后,车内噪声整体上有所降低,在2000~4000Hz范围内,噪声降低了约2dB(A)。

3.自由放置或者形状没有严格固定的吸声结构

将吸声材料布置在车门内侧、轮毂包上、中控通道内、ABC柱内。这些吸声材料没有固定形状,自由放置;或者虽然有一定形状,但安装比较简单。结构的变形对吸声功能几乎没有影响,也不会带来其他问题。即便固定松动,也不会带来异响问题。图4-51显示放置在A柱内、车门内、置物板内的吸声材料。下面以顶棚为例来说明车内吸声结构对吸收声音的作用。

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图4-51 自由放置或者形状没有严格固定的吸声结构

图4-52是顶棚结构的剖面图。它由七层组成,分别为装饰层、黏结层、加强层、吸声层、面料层、空气层、钢板层。

第一层:装饰层。装饰层是人可以看见的,主要起装饰作用,材料通常是无纺布或者机织布。它只能起很小的吸声作用,但必须具备良好的透气性以便使上面的吸声材料发挥作用。有的装饰层后面还加上了一层泡沫或者海绵,一方面增加装饰层的厚度,另一方面起到了一定的吸声作用。(www.xing528.com)

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图4-52 顶棚结构的剖面图(见彩插)

第二层:黏结层。黏结层的作用是将装饰层与加强层连在一起。黏结层没有任何吸声作用,但是必须有足够的透气性。

第三层:加强层。顶棚吸声结构面积大,有一定的重量,因此它必须具备一定强度。同时有些小电器安放在顶棚上,它必须有一定的承重能力。同样,加强层必须有良好的透气性能。

第四层:吸声层。它也被称为结构衬底层,由吸声材料组成,是顶棚吸声的主体。因为前面的三层有良好的透气性,所以声波很容易到达衬底层,实现良好的吸声效果。顶棚离人很近,因此衬底层通常使用多孔泡沫材料,偶尔也使用玻璃纤维复合材料

第五层:面料层。它也被称为护理层,是防止吸声材料窜动。如果护理层设计得当,它可以与后面的空气层组成谐振腔结构,起到消声作用。有的车没有护理层。

第六层:空气层。

第七层:钢板层。这是指车身顶棚钢板。

前面五层组成了顶棚的声学包装结构。由于人耳离它很近,顶棚吸声设计非常重要。图4-53是某车以120km/h巡航时,有和没有顶棚声学包装结构的车内噪声对比。在整个频段内,安装了顶棚吸声结构后,车内声压降低1~3dB(A)。

4.座椅的吸声

图4-54是座椅的表面和内部声学材料的解剖图。座椅的表面材料有三种:布、真皮革和人造皮革。内部是多孔泡沫材料。

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图4-53 有和没有顶棚声学包装结构的车内噪声对比

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图4-54 座椅的表面和内部声学 材料的解剖图

与其他车身部件相比,座椅吸声有两大特点:面积大、厚度深。座椅面积非常大,里面又是多孔吸声材料,因此座椅的吸声能力非常强。图4-55表示某款车车身不同部件的吸声量的比例,座椅的吸声量占到了近一半。结构的厚度决定了吸声频率的效果,只有当厚度大于波长的1/10时,对应频率的声波才能被吸收。座椅的厚度是其他任何吸声结构无法比拟的,因此它对低频声音的吸收远远优于其他部件。图4-56为某款车在120km/h巡航时,有和没有座椅的车内噪声比较。在整个频段内,两者的吸声量相差约5dB(A)。

座椅表面对吸声性能影响很大。布面料的透气性能好,声波很容易穿过而进入泡沫材料,从而被吸收。皮革面料的透气性很差,声波穿透有难度,因此它的吸声性能远远小于布面料。三个内部结构和吸声材料相同但面料不同的座椅:布面料、皮面料、穿孔皮面料的吸声比较如图4-57所示。从图中可以看出,皮面料座椅在中高频段的吸声系数远远低于布面料座椅。在皮面料上穿孔,增加其透气性,虽然使吸声系数有所提升,但是仍然远低于布面料。

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图4-55 车身不同部件的吸声量的比例

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图4-56 有和没有座椅的车内噪声比较

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图4-57 面料对座椅吸声系数的影响

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