基于汽車內飾輕量化的NVH性能開發及應用

李攀攀

摘要：結合汽車內飾材料開發實踐，闡述了以NVH性能為目標的汽車內飾輕量化開發工程控制方法及機理。結合某乘用車車型開發，以前壁板隔音墊與車門吸聲材料的輕量化設計驗證為例，提出一種內飾材料輕量化的NVH性能開發方法。通過SEA仿真和道路測試，全面評估和驗證了其優化效果。在質量減輕高于50%情況下，顯著提升了行駛工況中的車內聲品質。

關鍵詞：汽車；內飾輕量化；NVH性能

目前汽車工業正面臨能源、環保與安全舒適三大課題，其有效解決方法包括汽車輕量化以及新能源汽車的開發。車身結構輕量化無疑會對汽車車身整體結構強度、剛度及動態性能產生重要影響。

一、內飾輕量化的設計原則

1.美觀舒適原則，汽車的內飾設計直接影響到駕駛員及車上乘客的舒適度，因此汽車內飾的美觀度是我們在進行購車時選擇的一個重要方面。汽車內飾的輕量化設計的一個原則就是美觀舒適。汽車內飾的輕量化設計是在保證汽車基本的性能和乘客的基本需求上開展的，所以在設計時我們應該遵循美觀舒適的原則，保證車內空間的寬敞，注重內飾的色彩搭配，保證乘客愉悅放松的心情。

2.防火環保原則，防火與環保是汽車內飾輕量化設計時需要注意的兩個基本的原則。防火的材料設計不僅使汽車的內飾設計更安全，而且實用性也會更強，減少很多更換、修理的麻煩。這就要求汽車內飾輕量化設計的材料要具備基本的防火阻燃性能，可以在一定程度上預防火災的發生，如果火災真的發生，阻燃的材料也可以延緩火災的蔓延，安全性更強。另外就是內飾設計的環保性，綠色環保是社會各行各業發展的基本理念，汽車內飾的輕量化的環保設計不僅滿足了當今社會環保的理念，而且通過杜絕有毒有害材料的應用，來確保了車內乘客的身體健康。

3.強度安全原則，汽車內飾的輕量化就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下盡量的減小汽車內飾的整體質量，強度和安全性是保證汽車正常行駛的安全和制動要求。所以說，強度和安全性保障是汽車內飾輕量化設計的一個基本的原則。這一原則不僅要求內飾的材料本身的強度要符合要求，而且要求基本的設計可以作為其他額外裝飾的載體，可以滿足一定的負荷要求。除了承載的強度之外，我們對于內飾設計的安裝強度也有著一定的要求，最基本的就是要能承受車輛高速運行過程中產生的沖擊載荷，強度和穩定性都能符合要求[1]。

二、汽車內飾輕量化開發策略及工程控制

1.汽車聲學包裝內飾材料與NVH性能，噪聲振動控制是基于源、路徑和響應的三要素進行分別控制，而汽車NVH性能開發則主要集中于激勵源與傳遞路徑。汽車聲學包裝主要用于解決空氣傳播路徑的噪聲問題，在密封性和隔吸聲性能等方面進行噪聲控制。狹義的汽車聲學包裝部件可以分為吸聲型、隔聲型和密封型。通常隔聲材料包括PVC、EVA或EDPM等；吸聲型材料包括有棉氈類、PU發泡類等。吸聲材料一般為多孔性介質，隔聲性能較差，其吸聲性能評價指標為吸聲系數。吸聲是指空氣中的聲波在通過或入射到介質界面損失聲能的過程，當聲波進人多孔性介質內，部分聲能轉變成為熱能而耗散。影響材料吸聲性能的因素包括流阻、孑L隙率、結構因子、厚度、密度以及溫、濕度等環境條件。隔聲材料主要作用為阻隔聲音傳播，評價隔聲材料性能的主要指標為傳遞損失（STL），其聲傳遞損失的定義為人射聲功率與透射聲功率之比的對數值。均質材料的隔聲性能滿足質量原理，即密度越高，隔聲性能越好，當材料面密度增加一倍，隔聲量增加約6dB。汽車上常用的聲學包裝材料，一般采用隔吸聲型的組合結構類型，由不同的隔聲層和吸聲層組合。汽車聲學包裝內飾材料分布見圖1。

2.汽車內飾輕量化技術及工程開發，金屬基材料的輕量化和“以塑代鋼”技術，一直是汽車輕量化研究及應用的熱點和焦點。但對于汽車內飾件或聲學包裝材料的輕量化，較少引起汽車業界的關注，其研究與應用較少。汽車內飾輕量化主要技術：a.輕質基材的應用技術，如低密度、高倍率發泡、多孔吸聲纖維材料等；b.新型復合型聲學材料結構的應用，如微穿孑L復合型、多層棉氈或發泡層組合替代傳統的“軟硬”雙層組合的聲學結構；c.基于多屬性優化設計的輕量化應用技術，如合理地分配內飾聲學材料的設計布局以及對其形狀、厚度、高密度隔聲層材料等進行分布；d.基于制造或安裝工藝的輕量化應用技術，如采用粘接替代以凸焊螺柱卡接的內飾件安裝方式等。汽車內飾輕量化工程開發關鍵是在整車輕量化開發控制下，基于噪聲傳遞路徑與聲源對車內貢獻量分析的前提下，將汽車內飾材料的傳聲損失和吸聲性能同時作為NVH性能設計優化的兩個關鍵參數，以替代僅僅關注傳聲損失性能的傳統式開發。

三、輕量化前壁板隔音墊

1.關于新型輕量化隔音墊的研發前壁板隔音墊安裝在前壁板上駕乘人員空間一側，能夠有效地衰減動力傳動總成和前輪胎等聲源傳遞到車內的噪聲強度，其對車內噪聲和聲品質水平起著重要作用，是車身聲學包裝NVH性能開發中最核心和關鍵的聲學部件。目前，在汽車上廣泛應用的前壁板隔音墊采用雙層結構。常用的“重層”材料包括EVA、EPDM或PVC等，“軟層”材料包括棉氈、PU發泡或熱塑纖維等。重層主要作用是隔聲，即阻隔和反射噪聲；軟層則主要是吸收前壁板件直接的輻射聲能，以及吸收重層的反射聲能。由于傳統的重層材料的質量較大，基于減輕汽車聲學包裝質量趨勢的要求，可以采用一種新型的輕量化隔音墊設計方案，利用高密度的“軟層”材料替代傳統的“重層”。相對于傳統的前壁板隔音墊，新型輕量化方案解決了中高頻吸聲性能差的問題，并且可以減輕質量30%～60%。

2.輕量化隔音墊統計能量法仿真，對于輕量化前壁板隔音墊NVH性能的分析，可通過建立前車體的SEA模型，以隔音墊的傳遞損失特性和吸音系數為主要設計因素，并以噪聲衰減量級NR指標評估其聲學性能水平。仿真分析表明，在前壁板無泄漏問題情況下，輕量化的隔音墊與傳統隔音墊都能夠取得相近的NVH性能，由于輕量化隔音墊具有較高的表面吸聲性能，相比傳統隔音墊，其噪聲衰減性能對于泄漏效應的敏感度較低，所以，在中高頻率范圍依然能夠獲得較好的NVH性能。

四、內飾輕量化注塑的相關工藝

1.EIPP微發泡注塑工藝，微發泡注塑成型工藝是一項革新的精密注塑工藝，其應用于汽車內飾輕量化設計有很多的優勢，首先，微發泡注塑工藝可以精確的控制尺寸。它可以在誤差允許范圍內保證部件的尺寸穩定性，有對比的研究顯示，微發泡成型工藝的制品與傳統注塑工藝的制品相比，其具有較強的控制尺寸的能力。另外，微發泡注塑成型工藝還可以改善產品的變形情況，防止填料的不均勻收縮而導致的形變。而該工藝應用于汽車內飾輕量化設計最主要的原因就是它可以減輕質量，而且保證材料的強度可以滿足設計要求。

2.薄壁注塑工藝，薄壁注塑工藝是汽車內飾輕量化設計的一項重要的塑料成型工藝，其應用在汽車輕量化設計中不僅滿足了“輕量化”的要求，而且還符合了環保的要求。薄壁注塑成型工藝的最主要優點就是實現了塑料的“薄”，在滿足了使用性能的基礎上使用的塑料原料較少，既降低了成本，又減輕了質量，滿足汽車內飾輕量化設計的基本要求以及環保性的要求，而且工藝相對簡單，可行性強。

汽車內飾的輕量化已成為汽車業界研究關注的熱點。在實踐中，可以運用NVH性能將汽車內飾輕量化，研究表明，在輕質量情況下，輕量化的隔音墊顯著提升了車內聲品質性能。

參考文獻：

[1]乾鞏.汽車內飾輕量化的NVH性能開發及應用.2015

[2]王怡一.現代汽車制造廠總裝車間工藝設計.2015

[3]李曉花.汽車裝配工藝規劃及相關技術的探討.2015