[摘要]聲學(xué)包裝作為NVH性能開發(fā)的重要組成部分，近來(lái)受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。就目前看，對(duì)其開展的系統(tǒng)性研究及工程應(yīng)用還比較少。本文結(jié)合某款乘用車的開發(fā)，簡(jiǎn)要闡述了聲學(xué)包開發(fā)的主要組成部分， 有密封性和聲學(xué)材料等，及其對(duì)車內(nèi) 聲品質(zhì)的重要 影響，  并針對(duì) 密封性及聲學(xué)包裝提出了合理設(shè)計(jì)建議，有助于 提升業(yè)界對(duì)于聲學(xué)包開發(fā)的認(rèn)知水平，為整車開發(fā)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞:密封性，聲學(xué) 包裝，聲品質(zhì)

概述隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)生活品質(zhì)有新的認(rèn)知，對(duì)汽車舒適性要求也隨之越來(lái)越高，世界各國(guó)對(duì)噪聲污染的控制及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)也越來(lái)越嚴(yán)格，NVH性能甚至決定一款車在市場(chǎng)上的前景。因此，提高NVH性能顯得至關(guān)重要[1]。而整車聲學(xué)包開發(fā)作為NVH性能的一項(xiàng)重要技術(shù)也逐漸被業(yè)內(nèi)人士重視起來(lái)，從簡(jiǎn)單的零部件應(yīng)用到隔吸聲性能目標(biāo)的制定，以及優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)等，不斷提出新思路新目標(biāo)，成為重要的研究對(duì)象。國(guó)外汽車聲學(xué)包開發(fā)較早，Arnaud  Duval提出了聲學(xué)包輕量化的不同材料組合概念，并基于零部件級(jí)的多孔彈性介質(zhì)有限元模型及試驗(yàn)，研究了  泄漏效應(yīng)對(duì)前壁板系統(tǒng)隔聲性能的影響[2]。Stephanie  Ernster驗(yàn)證了一種新型聚丙烯纖維改性的吸音材料，替代棉氈安裝在車門內(nèi)飾板上，重量降低30% ，整車勻速  車內(nèi)噪聲有一定改善[3]。Qijun  Zhang等建立了車門系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)能量分析模型，計(jì)算了其隔聲性能，并用試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證[4]。但以上文獻(xiàn)資料，較少對(duì)聲學(xué)包開發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)性和工程化的研究。   

本文結(jié)合汽車聲學(xué)包開發(fā)的實(shí)踐過程，闡述了整車密封性及聲學(xué)材料對(duì)車內(nèi)聲品質(zhì)的重要影響，提供了整車氣泄漏、聲泄漏以及聲學(xué)包零部件隔吸聲性能必要的測(cè)試數(shù)據(jù)以作支持，對(duì)聲學(xué)包正向開發(fā)具有重要的參考意義。

1 整車密封性密封性是整車噪聲控制的基礎(chǔ)。如果車身密封沒有做好，車內(nèi)的吸隔聲處理都毫無(wú)意義。車身密封是將車身上的縫隙、泄漏孔和洞密封嚴(yán)實(shí)，使氣流不能穿過。從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)看，密封性分為靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封。靜態(tài)密封是指汽車靜止?fàn)顟B(tài)下的密封；動(dòng)態(tài)密封是指汽車行駛過程中的密封[1]。從泄露角度看，密封性分為氣泄漏和聲泄漏。氣泄漏是指未密封孔洞或部件裝配間隙產(chǎn)生的泄漏，直接影響車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境；聲泄漏是指膠堵、膠套、密封條等本體厚度不足而引起的 隔聲性能差，成為噪聲的主要傳遞路徑。本文主要  從泄露角度闡述密封性的重要性并給出相應(yīng)的優(yōu)化建議。

1.1氣泄漏把孔和縫隙的面積與整個(gè)車身板的面積之比定義為車身的開孔率（γ），表示為

式中，Ahole為車身 上孔和縫隙的表面積，Abody為車身的表面積。開孔率越大，聲音越容易直接傳遞到車內(nèi)。開孔率對(duì)傳聲損失的影響可以用式（2）表示：

式中，TL是沒有孔   和縫隙情況下的傳遞損失；TLhole是在開孔率為γ時(shí)的傳聲損失。一個(gè)開孔率達(dá)到一定量的車身，再好的隔吸聲材料都無(wú)濟(jì)于事。當(dāng)車身存在一定孔和縫隙時(shí)，隔聲失效的成分主要是高頻，如圖（1）所示。圖中的直線表示沒有孔的傳遞損失隨著頻率增加而增加。虛線表示有孔的傳遞損失曲線，在 高頻段傳遞損失降低[1]。

氣泄漏對(duì)聲學(xué)性能的重要性不言而喻，聲學(xué)包開發(fā)的首要任務(wù)就是解決氣泄漏問題。測(cè)試設(shè)備一般為保壓設(shè)備，是根據(jù)壓差流量測(cè)量原理對(duì)車身泄漏進(jìn)行測(cè)量。行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)氣壓為125Pa，也有主機(jī)廠會(huì)選擇250Pa進(jìn)行測(cè)量，兩個(gè)工況下的測(cè)量值大約為1.5倍關(guān)系。1.2 氣泄漏案例以某款乘用車的氣泄漏  優(yōu)化過程  為例，介紹氣泄漏主要存在的位置及優(yōu)化方案。1.2.1側(cè)圍空腔隔斷側(cè)圍空腔夾角板的布置位置一般如圖（2）所示，單側(cè)9處，每處均為內(nèi)外腔兩個(gè)夾角板，具體設(shè)計(jì)位置需根據(jù)內(nèi)腔減重孔的位置而定。問題多數(shù)集中在夾角板框架發(fā)泡膨脹后不能隔斷空腔，因此需要注意夾角板框架在設(shè)計(jì)時(shí)一定要延伸至空腔死角；另外，需要注意框架本體的材料，有些車型采用EPDM材質(zhì)，在經(jīng)過電泳時(shí)，由于高溫?zé)绊懣涨桓魯嗟男纬伞?/span>

1.2.2白車身涂膠及膠堵鈑金 搭接處一般涂有點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)膠或焊縫密封膠進(jìn)行密封，但多塊鈑金搭接容易出現(xiàn)“老鼠洞”，很難用機(jī)器人涂膠方式進(jìn)行完全密封，需要人工進(jìn)行二次涂膠，或采用指壓膠進(jìn)行封堵，但由于指壓膠成本過高，一般不會(huì)過多使用?！袄鲜蠖础比菀壮霈F(xiàn)的位置有縱梁前后兩端、前圍鈑金與A柱搭接處等，如圖（3） 所示， “老鼠洞”作為氣密性的頭號(hào)難題，需格外 關(guān)注。  在密封方式中，熱熔膠堵密封性最好，普通堵頭次之，貼片最差；地板、前圍上 與車外直接相通的過孔 盡量采用熱熔膠堵。

1.2.3車門滴水孔車門滴水孔是整車氣密性的首位貢獻(xiàn)者。由于影響電泳液的漏液速度，滴水孔的開孔大小及開孔個(gè)數(shù)不能小也不能少，一般前車門4個(gè)，如圖（4）所示，后車門3個(gè)，后背門3個(gè)，與  氣密性形成矛盾?？紤]到雨天車門進(jìn)水不能順利流出，車門又需留置滴水孔，建議在每個(gè) 車門的最低點(diǎn)留置一個(gè)孔，其余均用單向閥膠堵進(jìn)行封堵。

1.2.4車身附件存在氣泄漏的車身附件一般為開閉件，主要有門把手、內(nèi)外水切兩端、呢嘈、后視鏡本體、后視鏡座體、車門密封條、空調(diào)進(jìn)風(fēng)口閥門擋板等，這些   附件是不能 被完全密封的，只能通過泡棉等一些密封材料將泄漏降至最低。1.3聲泄漏氣泄漏是聲學(xué)包開發(fā)的前提，聲泄漏亦是聲學(xué)包開發(fā)的基礎(chǔ)，同等重要，不容忽視，二者相輔相成。聲泄漏，其本義是隔聲性能差，聲泄漏極限狀態(tài)為氣泄漏。聲泄漏差的部件比較容易成為噪聲的主要傳遞路徑。像前圍 過孔膠套，在開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)更多的焦點(diǎn)會(huì)在其本體氣密性，容易忽略其本身的隔聲性能；像地板膠堵、車門密封條，更多的關(guān)注點(diǎn)也是在其氣密性上。測(cè)試聲泄漏的設(shè)備為超聲波測(cè)漏儀。超聲波是一種高頻短波，超出人正常聽力范圍。超聲波具有較強(qiáng)的方向性，容易被阻隔或遮掩，測(cè)試  環(huán)境需要較小的背景噪聲。某款車前圍過孔聲泄漏處理后與處理前的隔聲窗測(cè)試數(shù)據(jù)如圖（5）。

虛線表示聲泄漏處理后隔聲性能，實(shí)線表示聲泄漏處理前隔聲性能。做好聲學(xué)包開發(fā)，氣泄漏和聲泄漏必須兩手抓，舍掉任何一個(gè)，都將是致命問題，二者對(duì)整車車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的影響至關(guān)重要。1.4聲泄漏案例聲泄漏較多發(fā)生在前圍過孔、車門密封條、地板膠堵等位置，  下面以某款車聲泄漏優(yōu)化進(jìn)行介紹。1.4.1前圍過孔問題排查及結(jié)構(gòu)對(duì)標(biāo)測(cè)試方法：對(duì)前圍過孔膠套處采用EVA+吸音棉材料、丁基橡膠、  布基膠帶等進(jìn)行封堵，測(cè)試密封前后車內(nèi)聲源與發(fā)動(dòng)機(jī)艙測(cè)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，通過對(duì)比密封前后差異，來(lái)反應(yīng)前圍過孔的聲泄漏量。

1.4.2車門及門洞密封條密封條的聲泄漏問題主要由于密封條壁厚較薄、密度較小、壓縮面積小所致。靜態(tài)下，密封條聲泄漏問題一般不是很突出，聲泄漏較大位置會(huì)較多出現(xiàn)在玻璃上側(cè)，如圖（6） ，車門周圍數(shù)值為超聲波測(cè)漏儀測(cè)得，車門上段密封性需要優(yōu)化。動(dòng)態(tài)下，車 門外側(cè)高速氣流  使車門區(qū)域形成負(fù)壓，車門內(nèi)外壓差使密封條壓縮面積減小，造成嚴(yán)重聲泄漏。駕駛員耳旁約8%-9%AI（語(yǔ)音清晰度）的貢獻(xiàn)量來(lái)自四門密封條。

1.4.3 地板膠堵在半消試驗(yàn)室中，四驅(qū)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上， 某車勻速80kph工況下，   獲取車身  包絡(luò)面載荷分布，如圖（7）所示，車外噪聲從大到小依次為：地板＞前圍＞前后車門＞前后車門玻璃＞前后擋風(fēng)玻璃及頂棚。由此可見，  地板外側(cè)噪聲源最大，故地板膠堵的隔聲性能是重中之重，需重點(diǎn)關(guān)注。

同樣厚度下，膠堵的隔聲性能為鈑金隔聲性能的1/6。地板漏液孔較多，需要嚴(yán)格管控各個(gè)膠堵的隔聲性能不低于鈑金隔聲性能。假 定某車地板鈑金厚度為0.7mm，膠堵厚度則至少為4.2mm，但膠堵成型過程中存在±15%的誤差，因此膠堵厚度至少為4.8mm。2 聲學(xué)包裝聲學(xué)包是由一些特殊設(shè)計(jì)吸聲或隔聲材料組成，安置在車內(nèi)的一些關(guān)鍵部位，目的是減少傳遞到乘員艙的噪聲，同時(shí)調(diào)節(jié)用戶最終聽到的聲品質(zhì)，是一種被動(dòng)降噪方法。這些聲學(xué)處理有些是附加在車身壁板上，有些是附加在車身內(nèi)飾件上，還有些直接和車身結(jié)構(gòu)壁板或內(nèi)飾件集成在一起，成為車身結(jié)構(gòu)板或內(nèi)飾件設(shè)計(jì)不可分割的一部分[1]。由于用戶聽到的噪聲特性在很大程度上會(huì)影響用戶對(duì)汽車質(zhì)量高低的評(píng)價(jià)，所以聲學(xué)包開發(fā)不僅僅是降低噪聲水平，同時(shí)也包括控制車內(nèi)的聲品質(zhì)，以滿足用戶期待的聲音特性。2.1聲學(xué)材料特性材料吸聲是其表面反射聲音大小的能力。吸聲能力的大小是通過吸聲系數(shù)（α）來(lái)測(cè)量。吸聲系數(shù)的定義是材料吸收的聲能與入射到材料的聲能之比，參見公式（3） 。測(cè)量吸聲系數(shù)可以在駐波管中進(jìn)行，也可以在小  的混響室中測(cè)量，如Alpha Cabin混響室  。駐波管測(cè)試的是垂直波，混響室則為散射波，一般采用混響室測(cè)試較多。

隔聲是指材料阻隔聲音從一個(gè)區(qū)域向另一個(gè)區(qū)域傳遞的能力。隔聲大小  用聲傳遞損失（STL）測(cè)量，它是通過材料傳遞的聲能與入射聲能的比值，參見公式（4）：

其中：τ =傳遞聲能/入射聲能聲學(xué)材料大致可以分為上述兩類，其中以隔聲為主的常見材料有E VA、EPDM、硬氈等   ，以吸聲為主的常見材料有吸音棉、軟毛氈、輕質(zhì)PU發(fā)泡等，而且根據(jù)車身不同位置的噪聲源將兩種性能的材料進(jìn)行組合，常見的組合有AB（吸隔）、ABA（吸隔 吸）等，前圍隔音墊、地毯隔音墊常用ABA型，后輪罩隔音墊、中通道隔音墊、備胎池隔音墊常用AB型。2.2 聲學(xué)包子系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.2.1前圍內(nèi)隔音墊前圍系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲傳遞到車內(nèi)的主要傳遞路徑，是影響車內(nèi)噪聲的重要環(huán)節(jié)。從結(jié)構(gòu)看，目前前圍鈑金采用單層板較多，各車型厚度基本在0.8-1mm之間，個(gè)別 高檔車可能達(dá)到1.2mm，甚至1.5mm；也有車型采用雙前圍結(jié)構(gòu)或是靜音夾層板結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)的隔聲性能較高，但成本也相應(yīng)較高，在使用這兩種結(jié)構(gòu)時(shí)，務(wù)必使前圍過孔的氣密性及膠套的隔聲性能達(dá)到一定程度  ，否 則 隔聲性能不會(huì)有明顯改善；另外，靜音板是由兩層很薄的鈑金中間加一層阻尼構(gòu)成，薄 鈑金在沖壓時(shí)容易斷裂，對(duì)工藝要求非常高。由于前圍鈑金上會(huì)安裝很多支架及過孔膠套，這樣隔音墊不得不 開孔避讓，但開孔多必然導(dǎo)致隔聲性能差，如何減少開孔增加厚度成為隔音墊開發(fā)設(shè)計(jì)中看似簡(jiǎn)單實(shí)則難為的事情，往往爭(zhēng)論不休。下面列舉幾個(gè)設(shè)計(jì)建議：1）線束過孔處隔音墊無(wú)需割掉成通孔，可參考圖（8）中1位置設(shè)計(jì)成半割開狀態(tài)；2）安裝支架處可設(shè)計(jì)成掀蓋式結(jié)構(gòu)，三面割開，保留一面，如圖（8）中2位置；3）制動(dòng)踏板位置設(shè)計(jì)螺柱凸臺(tái)，既保證踏板與鈑金剛性連接又保證了此處隔音墊的覆蓋；4）空調(diào)膨脹閥與冷暖水管設(shè)計(jì)在一個(gè)過孔中，減小隔音墊開孔；

隔音墊的材料組成成分在不同車型中各有不同，有EVA+PU發(fā)泡、PET氈+EVA+PU發(fā)泡、E VA+軟氈、硬氈+ E VA +軟氈、E VA +吸音棉、硬氈+軟氈等等，最常見為E VA+PU發(fā)泡，發(fā)泡可與鈑金隨型完全貼合，使得  隔聲性能較佳，但氣味性不如氈類材料，隨著VOC法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，氈類的使用成為一種趨勢(shì)。前圍隔音墊上部E VA與儀表 板形成類似的混響室，發(fā)動(dòng)機(jī)  噪聲源透過前圍上部傳遞到車內(nèi)，很難被吸收掉，因此，前圍隔音墊上部會(huì)考慮 加一層吸音棉或毛氈，將透過的噪聲反復(fù)吸收轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉。一般前圍隔音墊的隔聲性能在  高頻難以   達(dá)到30dB，如圖（9）所示；原因有二：首先在測(cè)試隔音墊性能的隔聲窗很難做到工裝與樣件的完全密封，導(dǎo)致高頻隔聲性能下降；另外，測(cè)試設(shè)備在5000Hz以上激勵(lì)  不足，導(dǎo)致隔聲性能下降；試驗(yàn)與仿真對(duì)標(biāo)在高頻存在的差距源于這些原因。
同種材料，各廠家提供的樣件隔聲性能在4000Hz以上基本沒有太大區(qū)別，但在1000-3000Hz頻段內(nèi)隔聲差異較大，這就能體現(xiàn)各廠家的材料配方水平和設(shè)計(jì)能力，綜合成本從優(yōu)選擇。

2.2.2地毯隔音墊上述圖（7）已知，地板底部噪聲  與機(jī)艙內(nèi)部噪聲相當(dāng)，甚至高于機(jī)艙側(cè)噪聲。因此，地毯隔音墊的設(shè)計(jì)開發(fā)尤為重要。地毯在開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，較 前圍隔音墊相對(duì)容易些，地板鈑金上無(wú)太多支架和線束過孔，隔音墊覆蓋面積會(huì)大一些，有利于提高地板系統(tǒng)的隔聲性能。地毯隔音墊是由毯面和隔音層  構(gòu)成。需要注意座椅安裝梁、后排座椅下及備胎池處的隔音層覆蓋，這些  地方隔音層容易被忽視，但 往往會(huì)更多影響車內(nèi)聲品質(zhì)。地毯隔音墊組成材料常見的有針刺起絨面料+發(fā)泡、針刺起絨面料+等密度棉 、針刺起   絨面料+E VA +發(fā)泡、針刺起絨面料+E VA +棉氈等  。有些車地板鈑金采用靜音板，這樣就會(huì)   對(duì)隔音墊的性能要求低一點(diǎn)，通常采用材料為針刺起絨面料+發(fā)泡或  針刺起絨面料+毛氈；但 更多車型會(huì)采用單層普通鈑金，而且厚度不超過0.7mm，那這樣就會(huì)對(duì)隔音墊的要求高一些，通常采用材料為針刺起絨面料+E VA +發(fā)泡或針刺 起絨面料+E VA +棉氈。地毯毯面的吸聲對(duì)車內(nèi)語(yǔ)音清晰度影響較大。如圖（10），某款  車勻速100kph工況下普通面料與普通面料+纖維氈對(duì)駕駛員耳旁聲壓級(jí)的影響，在2000Hz以上聲壓級(jí)降低約1dB，總聲壓級(jí)變化不大，但語(yǔ)音清晰度提升2.6%。

材料定義時(shí)注意起絨面料的絨毛長(zhǎng)度和本身吸聲性能。地毯隔音墊材料組合中，含E VA材料吸聲性能差一些。在不含E VA材料中，注意粘接面料與隔音層的PE膠，一般會(huì)設(shè)計(jì)成多孔促進(jìn)吸聲。2.2.3前圍外隔音墊現(xiàn)車型中，外前圍隔音墊的常用材料有無(wú)紡布+毛氈+無(wú)紡布、無(wú)紡布+玻纖+無(wú)紡布、   無(wú)紡布+輕質(zhì)PU發(fā)泡+無(wú)紡布  等。玻纖   劇毒， 正逐步被替代。相較于輕質(zhì)PU，毛氈重量重一些，吸聲效果也略差一些，不建議使用。不同輕質(zhì)PU發(fā)泡厚度 下吸聲性能不同，如圖（11），15kg/m3密度下20mm與30mm吸聲性能對(duì)比， 性能差異主要在1250Hz以下，厚度越高，中低頻吸聲性能越好。因此,建議外前圍隔音墊、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋隔音墊設(shè)計(jì)厚度不低于25mm。

2.2.6 玻璃車用玻璃大致分為三類：普通鋼化玻璃、普通夾層玻璃（中間PVB膜） 、聲學(xué)夾層玻璃（ 中間阻尼膜）。前擋風(fēng)玻璃常用普通夾層玻璃，側(cè)窗及后擋風(fēng)常用普通  鋼化玻璃；高端車型應(yīng)用聲學(xué)玻璃較多，大致使用在前擋風(fēng)及前側(cè)窗玻璃上。A柱及后視鏡產(chǎn)生的渦流更多傳遞到前側(cè)窗上，并透過側(cè)窗傳遞到車內(nèi)，使車內(nèi)聲品質(zhì)變差。因此,在前后側(cè)窗玻璃厚度設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)不能一并考慮設(shè)計(jì)成同一厚度,要區(qū)別對(duì)待。2.3聲學(xué)包方案介紹聲學(xué)零部件常用材料、厚度及克重如下表一。

3 結(jié)論本文介紹了整車密封性重要性，易出現(xiàn)的泄漏點(diǎn)及其優(yōu)化方案，為設(shè)計(jì)人員提供了參考。但隨著客戶對(duì)聲品質(zhì)要求的提升，關(guān)門耳壓逐漸成為一個(gè)熱門問題，影響關(guān)門耳壓的因素較多，有整車氣密性、內(nèi)流場(chǎng)、泄壓閥通道的順暢性、泄壓閥有效面積、車門密封條等，似與整車  密封性互相矛盾，需進(jìn)一步研究二者之間的關(guān)系。本文還介紹了整車聲學(xué)包的開發(fā)方案、聲學(xué)零部件設(shè)計(jì)要點(diǎn)及聲學(xué)材料的選取。新能源汽車是現(xiàn)階段的發(fā)展主流，其噪聲源已與傳統(tǒng)車不一樣，針對(duì)新噪聲源進(jìn)行有效聲學(xué)包零部件的設(shè)計(jì)需要更多的驗(yàn)證與探討。

作者：劉召昆1，丁智1，朱貞英1，程磊1，李燕1作者單位：（1吉利汽車研究院（寧波）  有限公司，寧波，315336）

來(lái)源：2018汽車NVH控制技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集