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[其他] 静音板前围板的降噪性能研究

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发表于 2020-8-6 17:54:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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静音板前围板的降噪性能研究

作者:李保森 尧永春 万永红 谢宁 罗竟涛 曾庆懿
(上汽通用五菱汽车股份有限公司)

摘要:为降低车内噪音并提升声音品质,以静音板和普通钢板为研究对象,分别对两者的基板、前围板零件、试验样车进行NVH性能对比测试,对静音板的降噪性能进行分析研究。结果表明,静音板具有良好的阻尼损耗因子,该因子数值随着工作温度的升高而变大;静音板前围板对高频噪声具有良好的抑制效果;前围板采用静音板后,样车总体噪声水平下降2 dB,语音清晰度提高2%~7%,带来更好的NVH性能。关键词:静音板 前围板 NVH 阻尼损耗因子

1前言在竞争激烈的汽车市场上,提高车辆噪声水平已成为新的竞争焦点和技术发展方向。在此背景下,车辆的NVH性能成为汽车研发过程中最为重要的性能指标[1]。
国内外对车内噪声的路径、部件的噪声贡献及噪声控制等都进行了较为详细的分析。国内学者提出汽车噪声通常来自多个噪声源,例如发动机、进排气系统、传动系统、轮胎、风等。这些噪声源所发出的噪声经过空气和结构2个传递途径传入车内[2]。空气传播噪声可采取隔声吸声措施,结构传播噪声可采取修改车身结构特性措施[3]。有外国学者认为,车内噪声的产生是一个复杂的系统,车辆行驶时,各车身面板可以同时发出噪声辐射,也可以抵消其它面板的噪声贡献[4]。
车辆内部总噪声是来自所有噪声源与传输路径的贡献的总和。发动机是最大的噪声源之一,其噪声的贡献来自于结构激励,一部分通过减震胶或液压发动机支座得到隔离;剩余的部分力被传递到车身,并通过车辆面板和传动系统部件的激励在车辆内部转化为声压。发动机的空气传播噪声是由发动机机体上的燃烧和结构惯性力产生的,并通过空气传递到车辆内部[5]。
前围板是分隔发动机舱和车厢的重要部件,不可避免地接收发动机处传递来的噪声,再通过自身与其它面板的激励,共同作用于车辆内部。因此,其隔声性能的好坏在很大程度上决定了驾驶员、乘客受发动机等噪声干扰的程度[6]。
静音钢板也叫复合减震钢板,它采用厚度为0.02~0.03 mm的高分子复合夹层在两块钢板之间来实现减震降噪,其中每一个高分子复合夹层都是根据消除特定不同温度下产生的不同频率噪声而设计。可调节高分子夹层的成分来降低各种形式和各种频率的噪音[7]。
本文采用静音板,通过考查其板材、前围板零件的隔声性能,进而将其搭载在试验样车上进行NVH测试,研究静音板的降噪性能,为静音板在汽车行业内的应用提供一定的参考。

2试验与分析2.1 普通钢板和静音钢板阻尼损耗因子及隔声量测试2.1.1 测试方法
分别选取尺寸及基板用材相同的普通钢板和静音板各一块,采用Oberst试验法测量板材的阻尼因子;采用混响室-板消音室法[8]测试普通钢板与静音板的隔声量。其中,静音板的代号为AP-3,其厚度与普通钢板的厚度均为1 mm。

2.1.2 阻尼损耗因子测试
材料的阻尼特性一般用损耗因子ß表示,损耗因子越大,说明材料的减振效果越好[9]。测试了200 Hz下,各板材的阻尼损耗因子,在相同的温度区间,阻尼损耗因子表现如图1所示。普通钢板的阻尼损耗因子在该温度区间其数值保持在0.002~0.003,其曲线呈与横坐标平行状;而AP-3的阻尼损耗因子随温度的升高呈逐渐上升趋势,其最低值为0.01,并于200℃时达到最高值0.20,其损耗因子是普通钢板的3~10倍。因而从理论上说,静音板的减振降噪效果要优于普通钢板。

图1 200 Hz下各板材的阻尼损耗因子曲线

从静音板材的阻尼损耗因子测试可知,温度是影响静音钢板阻尼损耗因子的一个因素。在实车中,前围板处于发动机仓之后,发动机工作时产生的热量通过车架和空气传递至前围板,使之温度升高,随之带来的是静音板前围板阻尼损耗因子的提高,而普通钢板的阻尼损耗因子则没有明显变化。

2.1.3 隔声量测试
车内噪声频率大于450 Hz时以空气振动传播为主,低于450 Hz时以厢体结构振动传播为主[10]。通过对板材隔声量实际测试,如图2曲线所示,在对200~450 Hz的中低频结构噪声与1 000~5 000 Hz的高频噪声的抑制上,AP-3静音钢板优于普通钢板1~2 dB。
图2 板材隔声量曲线

2.2 普通钢板前围板和静音钢板前围板噪声传递损失测试以某公司某车型前围板零件为样本,选取AP-3静音钢板,制成前围板。在室温为26℃时,测试普通钢板前围板与静音板前围板的噪声传递损失。
如图3所示,在对80 Hz以上噪声区间的抑制上,静音板前围板的传递损失高于普通钢板前围板0.5~6 dB。而与板材的测试相对应的,其在中高频的表现会更好,所不同的是,制成零件后其隔音效果的差距更为明显。由图可见,静音板前围板零件在抑制高频噪声上有更为优异的表现。
图3 前围板传递损失测试结果曲线

2.3 普通样车和静音钢样车NVH测试为验证静音前围板在实车上的有效性,采用AP-3静音板,设计了试验方案。
以某公司某款车型为样本,制造两台配置相同的整车,其中一台搭载常规前围板,一台搭载静音板前围板,通过路试实测,对比两台车的NVH性能。以评估静音板对车内噪声的影响。
样车的测试地点为某一平直的高速路段,路面干燥,当天的天气状况为晴,北风,风速小于19 km/h。
分别测试了3档节气门全开(WOT)工况下,主驾乘人员位置的语音清晰度及噪声对比;50 km/h工况下,光滑路面与粗糙路面驾驶员位置的噪声对比。具体测试结果如图4~8所示。
3档WOT工况下,车内主要驾乘人员位置的语音清晰度如图4所示,静音板样车全转速段1 300~4 800 r/min的语音清晰度有2%~7%不同幅度的提升。
图4 3档WOT车内语音清晰度对比

3档WOT工况下,样车的噪声对比如图5所示,静音板样车在司机耳旁处噪声在2 400 r/min及4 000 r/min峰值处有2~3 dB的降低,在3 000 r/min峰值处无降低。发动机2阶噪声在1 300 r/min~2 100 r/min、3 000 ~4 800 r/min转速区间内有1~8 dB的降低,4 000 r/min处2阶噪声峰值降低4 dB。
图5 3档WOT工况司机耳旁处噪声对比

3档WOT工况下,样车的前排噪声对比如图6所示,在100~260 Hz、400~630 Hz范围内,静音板样车的的发动机阶次噪声明显降低,声音更为干净。
如图7、8所示,在50 km/h工况下,光滑路面时,司机耳旁与后排噪声在44 Hz峰值处、400 Hz以后明显降低,总声压级降低0.72 dB;粗糙路况下,司机耳旁噪声峰值与总声压级降低0.74 dB。
图6 3档WOT工况前排噪声对比

图7 光滑路50 km/h工况司机右耳噪声对比

图8 粗糙路500 km/h工况司机右耳噪声对比

由路面测试的结果可知,使用静音板后,车辆NVH性能得到提升。

3结论a.静音板的阻尼损耗因子比普通钢板要大,并随着工作温度的升高而变大,适用于与发动机相邻的前围板零件。静音板前围板零件对高频噪声的抑制更明显。
b.静音板前围板样车对3 000 r/min以上车内司机耳旁噪声有显著改善,采用静音板后,样车总体噪声水平下降2 dB,车内语音清晰度提高2%~7%。
c.静音钢板前围板对发动机二阶噪声的改善较为明显,在4 000 r/min处有4 dB的降低,但在各别转速区间有所升高。
d.在匀速状态下,静音板前围板对高于400 Hz频段的噪声抑制效果明显。


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