汽车声学包轻量化设计的技术路径

汽车声学包轻量化设计的技术路径

——吸声材料及双层墙结构在汽车声学包轻量化设计中的应用陈

宏2018.8.28一、声学包轻量化设计与质量定律的冲突1、质量定律：TL=20logm+20logf+△R（m—构件的面密度）2、根据质量定律，面密度越大，隔声量也越大，面密度增加1倍，结构隔声量提高6dB；而质量减少必将导致结构隔声量的降低；3、整车声学包轻量化的目标是在NVH性能保持不变甚至还有所提高的前提下最大限度地降低整车重量；这就与质量定律产生冲突4、要确保整车声学包轻量化目标的实现，必须有其它的技术途径能增加结构的隔声量、提升NVH性能，从而弥补因减重而导致的结构隔声量的降低，使整车声学包轻量化的目标得以实现。5、双层墙结构是汽车上常见的结构，几乎所有的声学包部件与方案设计都具备双层墙结构的特征，深刻理解双层墙结构的声学设计要点，对我们开展声学包轻量化设计至关重要；一、声学包轻量化设计与质量定律的冲突6、在双层墙结构隔声量设计过程中，通过优化吸声材料的使用能够做到结构隔声量最大化和轻量化的完美统一；吸声材料是双层墙结构甚至声学包轻量化设计的关键因素之一7、吸声材料在声学包轻量化设计中具有不可替代的作用，实际的声学包设计过程中如何选择声学性能好、轻量化的吸声材料是轻量化设计的关键8、3M公司开发的双组份吸声材料具有声学性能好、重量轻等优点，在汽车上得到了广泛的应用，在声学包轻量化设计中有很多成功的案例；3M的系列声学产品可以帮助客户设计出在满足NVH性能前提下、轻量化效果最好的声学包产品来。1、NVH性能2、重量3、成本4、可回收性二、声学包轻量化设计的基本理念整车声学包轻量化的目标是在NVH性能保持不变甚至还有所提高的前提下最大限度地降低整车声学包重量三、声学包轻量化设计的技术路径1、强化发动机舱零件的吸声性能2、车身等双层墙结构夹层的吸声材料

声学性能的优化设计3、采用复合结构4、整车及局部位置的密封性能的改善5、噪声源排序及针对主噪声源的噪声治理6、传递路径的传递损失的优化设计7、消声通道的吸声材料声学性能优化设计8、先进技术的采用：如HMP3技术、CIM技术9、其它1、NVH性能2、重量3、成本目标值设定技术实现路径纯吸声声学包零部件77

1、纯吸声零部件是指用吸声材料制作的零部件，零件安装在声源附近，通过

在近场直接吸收传播中的声能量的方式来减少传播到乘客舱的噪声声能量

的原理来降低噪声2、纯吸声零部件的降噪原理为：通过在近场直接吸收传播中的声能量的方式

来减少传播到乘客舱的噪声声能量的原理来降低噪声，提升整车NVH性能

3、汽车上的纯吸声零部件主要集中在发动机舱，主要有以下几个零部件：

1）发动机舱盖吸声垫（Hoodliner）

2）外前围(Outerdash)

3）发动机罩盖吸声垫（BeautyCoverabsorber）4、纯吸声零部件的性能优化及轻量化设计的要点是：

1）原材料角度：吸声性能优、面密度低的吸声材料

2）吸声材料的覆盖面积

3）零件的边界处理方式

4)与其它零件的连接方式一、纯吸声声学包零部件的轻量化设计88

二、发动机舱纯吸声零部件99

1、强化吸声性能：（1）噪声源在无限大空间中传播时，假定噪声源噪声值为SPL1，噪声接收处

的噪声值为SPL2，则结构的固有声传递损失STL可以计算为

STL=SPL1-SPL2（2）通常，我们所见到的声学环境，无论是声源与接收处的空间都不是无限

大，而是有限的区域，比如汽车发动机舱与乘客舱。此时，结构的真实

声传递损失可以表示为：三、发动机舱纯吸声零部件的轻量化设计10HPPelzerGroup10

三、发动机舱纯吸声零部件的轻量化设计

11HPPelzerGroup11

三、发动机舱纯吸声零部件的轻量化设计4、纯吸声零件声学性能评估：

声源到车内传递损失建筑工程中的双层墙结构建筑工程中的双层墙结构1、在围护结构隔声设计中，按照质量定律加大构件的面密度或加大厚度都可以提高隔声量，按照理论上的说法：面密度增加1倍，隔声量提高6dB;但是只靠提高面密度来增加隔声量并不十分显著，同时又多占空间、增加载荷，而且成本的增加也大。例如要使隔声量增加12dB,则构件的厚度就要增加到原来的4倍，这显然不是解决问题的办法。建筑工程中的双层墙结构2、工程中要得到高效能的隔声构件，工程上一般采用双层墙结构，即将墙体分成2个墙体、中间夹有空气层的双层结构，这样结构要比没有空气层的单层墙体的隔声量大很多。例如“半砖墙+10cm空气层

+半砖墙”的隔声量要比一砖墙的隔声量高8-12dB,隔声量提高的非常客观，同时空间尺寸、重量、成本都有优势3、隔声量增加的原因：将墙分为2层以后，中间插有一定厚度的空气层以后，入射声能经过第一层墙穿透后，必须经过空气层的传递再传到第二层墙体，这时空气层起着柔韧垫子的弹性层的作用，从而消耗声能；同时声波依次透过不同的介质表面时就要产生反射，声波的多次反射也是声能逐渐衰减建筑工程中的双层墙结构4、在双层结构中填充吸声材料，对隔声量有良好的影响，对高频的隔声量增加更加有效，填充的吸声材料厚度越大，隔声量的增加就越大5、在双层结构中填充吸声材料不仅起吸声作用，同时贴附在墙面上的吸声材料有一定的阻尼特性，能够阻碍墙板的弯曲振动，从而降低墙板的声辐射对双层墙结构的低频特性改善有利汽车上的双层墙结构1、汽车上普遍采用双层墙结构在有限的空间里最大限度地增加结构的隔声量，同时减轻重量2、汽车上的钣金、内饰材料（软内饰、硬内饰）组成双层墙的墙体，结构之间的空腔填充吸声材料3、汽车上的钣金与内饰材料一般情况下不会轻易改动设计，所以汽车上的双层墙结构隔声量的调整，主要是调整中间的吸声材料；相应地其轻量化设计的关键还在于声学材料。4、通过调整中间层材料的各项性能参数，可以实现在NVH性能与轻量化之间达到完美的平衡5、汽车上的双层墙结构部件根据空腔之间有无空气层，分为两大类：

1）吸声材料与钣金、内饰之间完全贴合，如防火墙与内前围组成的双层墙

结构

2）双层结构之间除了吸声材料以外还有空气层，这是汽车上双层墙结构的主

要形式，即车身双层墙结构零部件一、汽车上的双层墙结构设计二、汽车双层墙结构的物理模型ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission12

SM600LEVAIncidentenergy贴合紧密ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission12SM600LEVAIncidentenergyAirGap存在空气层分析：1、声能量在传播到其它介质时，一般说来会经过两种形式的能量耗散：

（1）一部分能量会在介质中耗散掉（材料吸声性能越好，耗散的声能量就越多）（2）在两种介质的交界处，如果两种介质的特性阻抗不同，则在边界处会出现反射，声能量

会反射回原来的介质中；2、材料之间存在空气层（相当于贴合不好的情形），从能量耗散的角度来看相当于比贴合好的

情形多了一次反射和介质（空气层）耗散的机会，因此耗散的声能量相对较多，对降噪有利3、内前围与钣金之间即使存在不贴合的情况，也不会对声学性能产生负面的影响汽车内前围的轻量化设计一、汽车上常见结构的内前围2、双阻抗结构内前围1、传统重质层结构内前围

二、传统重质层结构内前围的轻量化设计2222

SoundTransmissionLossDoubleWallDecoupledRegion,TransitionRegion,,CoupledMassRegion,二、传统重质层结构内前围的轻量化设计1、传统结构内前围隔声量设计要点

1、重层的面密度

2）中间层的厚度

3）密封性2、传统结构内前围的弊端

1）重

2）隔声效果受密封性的影响太大：passthrough件的密封性处理不好的

话，效果大打折扣二、传统重质层结构内前围的轻量化设计2424双阻抗是由具有不同流阻的软硬层结构，常见结构形式为Felt/felt以及Felt/Foam结构双阻抗结构具有吸、隔声均衡的优异的声学特性三、双阻抗内前围（Dashinner）与内前围轻量化设计双阻抗内前围的结构组成ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission1221SoftlayerHardlayerIncidentenergyFelt/FeltFelt/FoamFelt/FeltFelt/FoamFelt/Felt25AbsorptionIsolationResonanz-einbruchBaseline:0.8mmsteelpanelBaseline:0.8mmsteelpanel0%LeakageIsolationIsolation1.0%LeakageComparisonmaterialsystems–Influenceofleakages Spring-mass-system

DualImpedancesystem5.0%Leakage0.00.51.0100100010000Frequency[Hz]Absorption050100100100010000Frequency[Hz]STLin[dB]3、双阻抗内前围与传统重质层结构内前围的声学性能对比基于平板结构三、双阻抗内前围（Dashinner）与内前围轻量化设计双阻抗内前围轻量化设计的要点：1、双阻抗结构具有吸、隔声均衡的优异的声学特性2、双阻抗结构对轻微的泄露不敏感3、双阻抗结构的内前围在以下场合可以取代传统结构内前围而取得NVH性能与轻量化的完美平衡

1）发动机比较安静、对防火墙隔声量要求不高的场合

2）泄露处理不是特别好的场合

三、双阻抗内前围（Dashinner）与内前围轻量化设计

案例分享1

案例分享22929四、3M传统重质层内前围与轻量化设计正面：EVA背面：3MSM600L吸声材料1、3M开发的重层结构内前围是将传统结构的“重层+PUFoam”或“重层+Felt”结

构中的PUFoam或Felt替换成吸声性能非常好、重量非常轻的3MSM系列吸声材料，

克服了传统结构内前围中间层材料吸声性能差的缺陷、能更加有效地改善了内前围

的隔声性能。是对传统结构内前围的创新与改善。2、与传统的重层内前围相比，3M内前围具有如下优势:

1）隔声性能更好；

2）重量更轻

3）对泄露的敏感程度低

4）结构的吸声性能更好3、3M内前围由于隔声性能良好、重量更轻，特别适合于对防火墙隔声量要求比较大

的场合。如果发动机舱的噪声较大，可以考虑优先使用3M内前围4、最常用的3M内前围结构组成为：2mmEVA+SM600L，NVH性能与轻量化同时达到

最优的完美结构。5、3M内前围在东风裕隆、吉利、奇瑞、力帆、北汽银翔、东风裕隆等车型上获得广

泛的应用四、3M传统重质层内前围与轻量化设计案例分享3车身双层墙结构零部件轻量化设计1、汽车上普遍采用双层墙结构在有限的空间里最大限度地增加结构的隔声量，同时减轻重量2、汽车上的钣金、内饰材料（软内饰、硬内饰）组成双层墙的墙体，结构之间的空腔填充吸声材料3、车身双层结构之间除了吸声材料以外还有空气层，这种结构形式的双层墙结构是汽车车身上比较常见的结构，包括门板、ABC柱、顶棚、挡泥板等位置，据统计汽车车身上至少有40个以上的结构为双层墙结构

这些结构遵循同一原则进行NVH性能和轻量化设计4、汽车上的钣金与内饰材料一般情况下不会轻易改动设计，所以汽车上的双层墙结构隔声量的调整，主要是调整中间的吸声材料；相应地其轻量化设计的关键还在于声学材料。5、通过调整中间层材料的各项性能参数，可以实现在NVH性能与轻量化之间达到完美的平衡一、汽车上的双层墙结构二、物理模型ReflectedenergyAbsorbedenergyTransmission12SM600LEVAIncidentenergyAirGap存在空气层（贴合不良）三、车身双层墙结构零部件在汽车上的应用©3M2010.AllRightsReserved.前门后门中通道后轮罩内饰板后备门后备门上盖板

后轮罩后备门尾饰板三、车身双层墙结构零部件在汽车上的应用©3M2010.AllRightsReserved.A柱前门框下饰板B柱C柱+D柱发动机罩盖手套箱前轮罩三、车身双层墙结构零部件在汽车上的应用序号零部件原方案3M整改方案备注1左前门内饰板吸声垫(上)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

2左前门内饰板吸声垫(下)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

3右前门内饰板吸声垫(上)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

4右前门内饰板吸声垫(下)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

5左后门内饰板吸声垫(上)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

6左后门内饰板吸声垫(下)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

7右后门内饰板吸声垫(上)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

8右后门内饰板吸声垫(下)5mm棉毡3MTC3303吸声材料

9A柱上（左）5mm棉毡3MTC3303吸声材料

10A柱中（左）5mm棉毡3MTC3303吸声材料

11A柱下（左）5mm棉毡3MTC3303吸声材料

12A柱上（右）5mm棉毡3MTC3303吸声材料

13A柱中（右）5mm棉毡3MTC3303吸声材料

14A柱下（右）5mm棉毡3MTC3303吸声材料

15B柱上（左）5mm棉毡3MSM200L吸声材料

16B柱下（左）5mm棉毡3MSM201L吸声材料

17B柱上（右）5mm棉毡3MSM200L吸声材料

18B柱下（右）5mm棉毡3MSM200L吸声材料

19C柱盖板上（左）/3MTC3303吸声材料20C柱盖板下（左）/3MTC3303吸声材料21C柱盖板上（右）/3MTC3303吸声材料三、车身双层墙结构零部件在汽车上的应用22C柱盖板下（右）/3MTC3303吸声材料新增23D柱（左）/3MTC3303吸声材料新增24D柱（右）/3MTC3303吸声材料新增25D柱内饰板/3MTC3303吸声材料新增26右后内轮罩上部盖板吸声垫/3MTC3303吸声材料新增27左后轮罩内侧围吸声垫15mm棉毡3MSM600L吸声材料

28左后轮罩内侧围吸声垫25mm棉毡3MSM600L