（化学工程专业论文）长安福特b型车内饰件声学性能研究.pdf

r 程硕i j 学位论义长安福特b 型车内饰件声学性能研究 摘要 本论文以国产材料为基础，在现有的生产工艺条件下，对长安福特b 型轿车的顶棚、 地毯及后置物板三个零件的声学性能进行了系统研究。研究结果表明：顶棚中p u 板原 材料的质量、顶棚背面的吸音棉的存在以及顶棚b 面玻纤面密度对顶棚的吸音性能具有 较大的影响，而顶棚的制造工艺对其吸音性能影响不大；主地毯中上层面料材料、下层 材料的面密度、前端涂层及装配工艺对地毯的吸音性能具有较大的影响；面料纤维直径 对后置物板的行李箱侧吸音性能影响较大，制造工艺对乘客舱侧的吸音性有较大的影 响。可以通过原材料的选择、工艺调整提高长安福特b 型轿车的顶棚、地毯及后置物板 三个零件的声学性能，得到吸音性能符合要求的整车。 关键词：汽车吸音性能；顶棚；地毯；后置物板 a b s t r a c t i 。程坝i j 学化论文 a b s t r a c t t h ea c o u s t i c sp e r f o r m a n c eo fc h a n g a nf o r db - s e g m e n th e a d l i n e r , c a r p e ta n dp a c k a g e t r a y , w h i c ha r eb a s e d o nc u r r e n tp r o c e s sa n dl o c a lm a t e r i a l ，a r ei n v e s t i g a t e di n t h i sp a p e r i ti s t e s t i f i e dt h a tp ul a y e rq u a l i t yo ft h eh e a d l i n e r , i n s u l a t o rf e l tb a c ko f t h eh e a d l i n e ra d d e da n d g l a s sf i b e rm a s sc o n t r i b u t eal o tt o t h eh e a d l i n e ra b s o r p t i o np e r f o r m a n c e h o w e v e rt h e m a n u f a c t u r ep r o c e s so ft h eh e a d l i n e rh a sl i t t l ei n f l u e n c eo nt h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eo f h e a d l i n e r t h ec o v e rm a t e r i a lo ff l o o rc a r p e t ，t h es u b s t r a t em a s s ，t h ef r o n th e a v yl a y e ra sw e l l a st h ea s s e m b l yp r o c e s sa f f e c tg r e a t l yo nt h ec a r p e ta b s o r p t i o np e r f o r m a n c e t h ea b s o r p t i o n p e r f o r m a n c eo fp a c k a g et r a yl u g g a g ec o m p a r t m e n t s i d ed e p e n d so nt h ed i a m e t e ro ff i b e ra n d m a n u f a c t u r ep r o c e s so fp a c k a g et r a ya f f e c t sg r e a t l yo nt h ep a c k a g et r a yp a s s e n g e r c o m p a r t m e n ts i d e i ng e n e r a l ，t h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eu pt os t a n d a r do fh e a d l i n e r , c a r p e t a n dp a c k a g et r a yi sa c h i e v e db ys e l e c t i n gt h er o wm a t e r i a lc h o i c e ，a d j u s t i n gt h ep r o c e s s 。 k e yw o r d s ：v e h i c l e ： n v h ：h e a d l i n e r ： f l o o rc a r p e t ：p a c k a g et r a y 声明尸i 凋 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名：轴 “p 年多b2 。日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：童堡塑蟹 驯，年月印日 r 程帧i j 学位论文长安福特b 型车内饰件声学性能研究 1 前言 1 1 噪音的危害 当前，随着人们生活水平的提高，汽车也从高档的消费品逐渐进入普通的千家力 户，尤其是进入上世纪的九十年代后，汽车也同八十年代初的空调，彩电一样逐渐成 为家庭的必需品，到2 0 0 8 年全国汽车的保有量更是达到了6 1 ，2 2 1 ，7 5 0 辆。随着汽 车保有量的增加，人们对汽车的认知越多，要求也从基本驾乘功能需求转化为更高的 驾驶乐趣要求。任何一款新车的投放，要想在激烈的竞争中赢得市场的青睐，不但需 要外观设计时尚符合消费者的品位；在动力操控性能上有杰出的表现；优良的噪声、 振动与舒适性性能也逐渐成为人们衡量汽车性能好坏的一个重要指标。 汽车在行使过程中，会产生各种动态的噪音。汽车噪音的主要来源如下 2 1 ： ( 1 ) 发动机噪音：包括发动机工作时产生的进气噪音、排气噪音、风扇噪音、 结构噪音等通过空气由车身的缝隙或孔洞传播至车内而形成的车内噪音，以及由于发 动机燃烧和惯性力矩引起的振动，通过发动机悬架和副车架传到车身，引起车身弯曲 振动，扭转振动等，同时也会引起钣金及机构产生局部振动，进一步向车内辐射的中、 低频噪声。 ( 2 ) 底盘噪声：主要包括由于：轮胎快速滚动对其周围空气形成扰动而产生的 轮胎噪音，齿轮系啮合和振动而产生的变速器、驱动桥噪音，旋转和振动传递而产生 的传动轴噪声，汽车高速行驶时，空气紊流对车身的激励造成车身高频振动，并在车 内产生高频噪声，汽车制动时产生的呜叫声等几个方面。 ( 3 ) 车身噪声和车内附属设备噪声；包括由于车身的振动和空气与车身的冲击 与摩擦而产生的噪声，以及空调机或暖风装置工作时而产生的噪声。 根据汽车噪音的来源及特点，可以看出一方面车外噪音对环境产生很大的影响， 威胁着路边住户和行人的健康，另一方面如果车内噪音过大，不仅影响了汽车的乘坐 舒适性，也给司乘人员的健康造成了一定影响。噪音不仅能使听力受损，甚至引起神 经系统方面的疾病1 3 】。较强的噪音可引起耳部不适，使听力发生暂时性减退，听觉敏 感度降低，甚至可以导致听力损伤，损害听觉器官，发生急性外伤，引起耳膜破裂出 血，使双耳变聋，导致“噪音性耳聋”。人体长时间、反复接触过量噪音还会引其神 经系统、消化系统、内分泌系统功能紊乱及视觉伤害等，同时，车内噪音也容易引起 驾驶员和乘客精神紧张、心情烦躁、疲劳、注意力不集中等心理反应，对人体健康产 生慢性危害，给汽车的行驶带来安全隐患 4 1 。 近年来人们逐渐的认识到控制汽车噪音的重要性。噪声、振动与舒适性的英文缩 写为n v h ( n o i s e ，v i b r a t i o na n dh a r s h n e s s ) ，这三项被统称为车辆的n v h 问题。由 l i 前占 r 程f ! i 学位论文 于噪音的危害，n v h 性能的好坏也就理所当然的成为国际汽车、j 尘各大整午制造企业 和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示1 5 j ，整车约有l 3 的故障问题是和车 辆的n v h 问题有关系。据悉世界知名的汽车公司有近2 0 的研发费用消耗在解决车 辆的n v h 问题上，由此可见消除和降低噪音的重要性。 1 2 汽车内饰零件组成及减噪机理 从噪音的起源不难看出，要追求汽车优良的n v h 性能，一方面从减少主动噪音1 6 j ， 也就是从减少发动机噪音着手，合理优化设计汽车的各个部分。另外一方面就是人们 常常采用的隔断噪音渠道以及将进入车内的噪音转化吸收的方式，以达到为驾乘者创 造一个舒适、安静的车内坏境，达到减少乘员的疲劳度，提高顾客满意度的目的。由 于在现有的设计及制造技术水平下，还无法完全从噪音的源头上完全杜绝，因此对噪 音的阻隔和吸收就变成了一个必须而重要的课题。 汽车主要分为五大系统；底盘、传动、电器、车身、内外饰。前三者赋予汽车基 本的运动功能；车身则扮演着保护乘客，提供其它功能零件载体的作用；汽车外饰部 件扮靓汽车；汽车内饰零件除了美化车厢，其最重要的功能之一就是起到吸音消音的 作用。 汽车内饰零部件主要组成有：仪表盘、座椅、门内板、顶棚、地毯、前围吸音 垫、侧饰板、后轮罩以及前中后立柱等等。其中仪表盘、座椅等主要为功能性和安全 性零件，而前、中后立柱等，主要起着装饰的作用，被人们称为硬内饰材料。顶棚、 地毯、门内板、前围吸音垫以及后置物板等，除了起着装饰的作用，还具有吸音降噪 的功能。这些内饰件形成了一个相对闭合的环境，吸收和降低车外传入的噪音，为乘 客提供一个较为舒适的环境。 汽车内饰件之所以具有吸音降噪的功能，是和其材料构成分不开的，内饰件大量选 用织物、玻纤和泡棉材料，这些材料具有蓬松、柔软、多孔的特性，在织物的每个微 孔里滞留有空气，空气起着低滤波器的作用，衰减了高频，这样就使噪音的频谱失真， 从而降低了它的强度和改变了它的传播途径。当声波入射织物表面时，声波进入材料 内部引起空隙间的空气振动，由于摩擦空气的粘滞阻力和空隙间空气与纤维之间的热 传导作用，使一部分声能转化为热能而被吸收，这是织物等材料的吸音隔音理论基础 【7 1 。吸音材料的吸音性能好坏，主要通过其吸声系数的高、低来表示。吸声系数是指 声波在物体表面反射时，其能量被吸收的百分率，通常用符号a 表示，a 值越大，吸 声性能就越好。a = ( e i e 。) e ；式中，e a 为未被吸收的声能，e i 为人射总声能。由于 材料的吸声系数与频率有关，即同一材料各个频率的吸声系数是不同的。我国混响室 法吸声系数测量规定的测试频率范围为1 0 旺50 0 0h z 。降噪系数( n r c ) 是取2 5 0 、5 0 0 、 1 0 0 0 和2 0 0 04 个频带吸声系数的平均值，即n r c = ( a 2 5 0 + a 5 0 0 + a l o o o + a 2 0 0 0 ) 4 。一般 2 r 程帧l ? 学化论文长安福特b 型车内饰件声学性能研究 把平均吸卢系数大于o 2 的材料称为吸声材料，平均吸声系数大于0 5 6 的材料称 为高效i 吸声材料，对于室内音质设计和噪声控制所用的吸卢材料，我围已制定按吸卢 性能等级划分的困家标准g b t 1 6 7 3 1 - 9 9 7 ，该标准规定了采用降噪系数的大小来评 定材料的吸声性能等级【8 l 。遗憾的是我国还没有对相关汽车行业使用的材料进行统一 规范。 正常人的耳朵对噪音的分辨从2 0 h z - 2 0 0 0 0 h z ，人耳耳道类似一个2 - 3 c m 的小管， 由于频率共振的原因，在2 0 0 0 3 0 0 0 h z 的范围内声音被增强，这一频率在语言中的辅 音中占主导地位最敏感的区域，所以这一区域的噪音程度决定着车内语音清晰度。根 据r i e t e r 公司的a n u j ，a g g a r w a l 等人的研究得出了汽车各主要内饰零件在2 0 0 0 h z 时 吸音占汽车内饰总吸音的比例( 不包括座椅) 如图1 1 【9 1 。从图中可以看出顶棚对吸 音降噪的贡献最多，其次是门内饰板和地毯。 图1 1 汽车各内饰零件在2 0 0 0 h z 时吸音占汽车内饰总吸音的比例( 不包括座椅) 1 3 汽车声学性能开发过程及内饰材料研究现状 从沃尔特弗兰德在福特公司内部建立的世界上第一条汽车流水装配生产线，汽 车工业也走过了生产一辆车的时间按天计算下降到现在的按秒计算。而汽车的设计也 从设计者主观制造，到现在的消费者提出需求，设计者满足需求的模式。 设计制造一辆汽车涉及到数以万计的零件，要把这么多的零件完美结合形成一个 整车是一个复杂的过程。各大汽车公司有各自的设计开发流程，从福特的f p d s 1 j 到 马自达的m p d s u j 再到g p d s i m l 。虽然名称不同，但它们有着相同的理念，设计流 i f o r dp r o d u c td e v e l o p m e n ts y s t e m 的缩写福特产品开发系统 i i m a z d ap r o d u c td e v e l o p m e n ts y s t e m 的缩写马自达产品开发系统 1 i i g l o b l ep r o d u c td e v e l o p m e n ts y s t e m 的缩写全球产品开发系统 l 前j丁程坝i j 学位论文 程都是采f j 模块化的设计，从整体到系统再到整体。即将整车分为几个大的模块：底 盘、传动、电器、车身以及内外饰，接下来到零件的设计、零件的验证、子系统的验 证和系统验证，最后是整车的验证。完成功能方面的验证后，整车的设计告以段落， 然而要i f 式投产还需要对可生产性进行验证，既批量化生产能力的验证，最后迎来一 款新车的正式量产【i 川。汽车开发如此，汽车的每一个小系统也是如此，当然声学系统 的零件也不例外。 国外大型汽车公司在新车设计之初，汽车的n v h 性能就已经被提上了同程。福特 公司有专门的n v h 开发团队，其中n v h 开发团队分为路噪、发动机噪音、转向噪音、 巡航平稳噪音、风噪、部件声学质量、制动噪音何法规等小组l ，这些小组相对对立 又紧密配合。如路噪工程团队，首先确定竞争对手，其次收集竞争车型和福特公司内 部同类车型路噪的客观要求，评估所要丌发新车的属性，建立起未来新车型的主观的 n v h 目标值，最后确定新车型在规定道路状况下的客观目标值【l2 1 。将目标值设定后分 解到相关零部件对应的设计参数上，最终实现将整车的各项n v h 指标分解到每个零件 的设计上的目的。由此可见n v h 的开发与整车开发紧密联合。其它的大型汽车厂也不 例外，如捷豹汽车在他们的n v h 设计流程中明确规定与整车开发节点相对应的n v h 开发的时间节点i l 引。 优良的整车的声学性能与零件的声学性能息息相关，而零件的声学性能的好坏又 取决与零件的工艺及材料的选择。多数的国外汽车主机厂，如欧美汽车公司通用、福 特以及大众等，日系的丰田、马自达、本田等，通常有一批与主机厂合作紧密的材料 和零件战略供应商，这些供应商在汽车研发伊始就和主机厂一同工作。内外饰零件的 设计通常在完成车身油泥模型扫描以及作为基准的车身图纸出来后就开始了，内外饰 设计的工程师基于车身的结构，按照顾客的审美以及内饰零件功能方面的要求开发出 内饰零件的基本形状和结构，一方面满足装配功能的要求，另一方面满足n v h 性能和 美观方面的要求。 对汽车吸音性有着重要意义的零件主要有发动机舱里的引擎盖吸音挚和发动机 舱吸音垫；乘客舱内的前围隔热垫、顶棚、主地毯、座椅、门内饰板以及后置物板 等；行李箱里面的行李箱地毯、行李箱侧饰板等；还包括其它如后轮罩，前轮箍包上 和车门铰链问的密封条以及排气管里的吸音棉等等。这些材料根据主机厂的不同采用 的材料也各不相同。 发动机舱的吸音垫由于工作环境恶劣，通常无论是欧美系的汽车主机厂还是同系 的主机厂通常都采用热固性的毛毡一酚醛树脂毡。通过模具热压将酚醛树脂完全聚合 固化，压制成所需要的形状。 而对于乘客舱里的内饰材料差异就大了。 汽车噪音主要来源之一引擎，该噪音穿透过前壁板是驾驶者感受最直接且持续的 4 1 ：程坝卜学位论文长安福特b 型车内饰件声学性能研究 一项，前幽的存在就是为了割断和吸收从发动机舱传来的噪音。欧美汽车j 一通常采用 发泡的聚氨酯加胶皮，这样柔软多孔的聚氨酯足优异的吸音材料，而厚硬的胶皮则充 当了增强隔音的作用i m j ，中问镶嵌的采用p e p p l ”i 等镶嵌件，一方面能吸收碰撞时能 量，另一方面也起到良好的吸音作用。在同系的主机厂设计的思路也大同小异，也是 采用软硬结合，但一般倾向于使用聚对苯二甲酸乙二酯( p e t ) 毛毡以及部分回收毛 毡，即采用两层毛毡复合，一层松软，一层致密。前者吸音后者隔音，这种设计上用 材的差异，与各种材料在不同国家的价格的高低不同有很大关系，选择质优价廉的材 料是设计的首选。通常优良的声学性能车辆对装配在防火墙后的前围都设计得比较厚 重【1 叫。然而立达公司利用计算机辅助软件来达到保证车辆的声学性能的同时，优化车 身减轻零件重量，解决了燃油经济性和良好声学性能相互矛盾的问题i l 。 轿车顶棚除了具有吸能作用外【l 引，还具有阻燃、降噪、隔热等性能。通常采用把 饰面，泡沫层和基材三层符合在一起热压成规定形状的工艺，由于其形式类似三明治， 所以俗称三明治板。根据车辆的级别，饰面可分别选用p e t 、羊毛等纤维纺织的织物， 一方面带给乘客以温暖舒适的视觉上的感觉，中间基材采用有良好吸音隔热的p u 板 并铺上玻璃纤维以增加强度，美国汽车工程师协会标准中也有采用新型材料p e p p l l 9 l 作为汽车顶棚基材，下层一般采用瓦楞纸或无纺布等。顶棚原材料和加工工艺的不同 对其n v h 性能影响很大，尽管作为顶棚基材的p u 板的发泡和切片技术国内公司也逐 渐掌握1 2 0 ，然而所生产的产品对应的声学性能方面与欧美国家仍有一定差距。 轿车地毯苛刻的性能要求和复杂的复合工艺，使得非织造句被广泛应用于地毯， 中低档车基本采用1 0 0 的针刺地毯【2 。轿车地毯一般采用多层结构，面层和底层分 别由粘接剂粘合在中间加厚层上，面层主要功能是保证地毯有良好的绒面弹性和柔和 性，有较强的装饰作用，而中间和下层则是为了提高地毯的弹性和吸音抗震效果【2 列。 表层采用簇绒或针刺工艺，原料多采用聚脂，高档车也采用羊毛等纤维。下层多采用 p e t 等纤维采用气流成网等工艺以达到吸音的效果，许多欧洲的设计也采用在面料的 底层发一层聚氨酯泡沫来起到吸音的作用。 随着科技的发展，现代汽车座椅外观设计精良，外层除采用真皮、超本革，以及 p v c 等复合皮外，还有各种针织等面料，其功能也愈来愈先进，现代汽车座椅内部通 常采用织物内发泡的技术，并在福特嘉年华型汽车上得到成功应用【2 3 1 。发泡时产生的 许多不闭合的小孔，安全和透气性大大提高，这不但使得乘客乘坐的舒适性有较大的 提升。另一方面，也有效的起到了吸音的作用。 门内饰板是车身上最复杂的部件之一，增强纤维复合材料的应用为门板在碰撞时 的良好表现提供了保证【2 引，纺织品和聚氨酯泡沫内嵌件与热塑性聚合物制成的内板赋 予车门良好的装饰性和声学性能。内嵌件的使用，一方面起到了美化和装饰的作用， 另一方面也使车内声音得到了有效的吸收，避免喇叭等在门板内产生震动引起混响。 丁程坝i 学位论文 后置物板，一方l h i 提供给乘客放置小物晶的平台，另一方面起着将乘客舱和行李 箱分丌，为乘客提供相对安静独立的环境。后置物板主要采用p p 加玻纤材料或p p 木粉板作为基材，国内近年丌始采用p p 和麻纤维的复合基材1 2 5j 。外层采用p e t 材料 包覆。一方面p p 加纤维材料的结构设计提供了后置物板优异的承载和抗变形的能力， 另一方面玻纤和麻纤维以及p e t 的存在也为后置物板提供了良好的n v h 性能。 前后轮罩起着对轮胎和地面摩擦产生的胎噪的吸收和隔绝作用，通常在国外采用 p p 加低熔点纤维毛毡，为了增加防水耐厚性一般在材料的中间加p p 淋膜的方法加强， 但加淋膜后的零件虽然抗变形性能得到加强，但吸音性能却有所下降这也是设计者不 愿看到的。其它如通风管吸音挚等多采用聚氨酯发泡材料。 所有的这些内饰材料的规定在设计之初就基本定下来，随着零件设计的不断完 善，验证工作的进行而不断调整材料的工艺的过程，在零件级的声学性能经过验证达 到设计目标的同时，部件级和整车级的验证也在紧锣密鼓的进行，总之，对于国际上 知名品牌的汽车在新车投放市场前，整车的声学合格验证是其中必不可少的前提条件 之一。 表1 1 为不同内饰件所采用的聚合物材料以及主要的成型方法【2 6 l 。 表1 1不同内饰件所采片j 的聚合物材料以及主要的成型方法 6 丁程帧i j 学位论义长安福特1 3 型车内饰件声学性能研究 图1 2 是汽车上各种内饰材料分布情况。 7 目3 t 目月i # h ， 、饿 、 7 、m 幽l2 汽1 一上并种山饰材料分布情况”w 国内汽车从新中田成立阻柬，从第一辆真n 一意义的高级轿车红旗的f 线到上 海牌汽车的大量生产q ，幽的汽车行业诞生了。但由于时代的冈素，国家的4 = j i 。放 汽车工业与世界度隔绝，失去了交流提高的机会，使我目的汽下：业与现代化的世 界汽车工业相差甚远，尤其是我国的轿车1 二业技术水平长期处于极为幼稚的状忐。改 革丌放后，我国经济迅速发展对轿车的需求越来越强，落后的轿卞i 业根本无法满 足这种需求。庞大的需求只有通过进口解决。为了迅速提高中国轿车生产能力和技术 水平，我国汽车工业丌始走上与国外汽车企业合作合资之路。大众，标致，丰f 竹，奔 驰，宝马以及后来的福特等公司先后走进中国。在2 0 0 0 中同汽车市场份额中旺示9 7 埔于合资企业而2 0 多家国内企业仅仅占到了3 的市场份额l 。但到了2 0 0 8 年自 主品牌轿车已经占有了2 5 4 6 。0 0 的份额，一批国有知名自主品牌：奇瑞、吉利、比诬 迪等迅速崛起，也带动了国内一大批汽车原材料和零部件厂家的发展。但由 二国有汽 车起步晚，底子弱，国产汽车大部分还处在中、低级的车型领域。和罔际知名品牌相 比我圆的汽车无论是研发还是制造都有一定的差异，尤其是在影响到乘客舒适性的噪 音控制方面。 首先固产汽车在噪音控制方面与国际先进企业相比最大的差异在于设计理念的 差异，国外汽车在控制噪音方面的理念非常的清晰，从设计之仞就丌始提上了议事同 r 程帧i j 学化论文 长安福特b 型车内饰件声学性能研究 程，以市场为导向，以竞争对手的性能制定自己的设计标准，而l 词内的汽午设计主要 重点还在于满足人们的基本驾乘方面，对噪音的控制也很大程度e 采用模仿闻外同类 车型的设计，在设计之仞往往对隔爵降噪的目标没有一个清晰的f 标，更谈f i 上一个 具体的数值要求，很多时候是整车设计制造完成后也没有测量其声学方面的性能。几 年前上汽在丌发某款新车型的换代产品时，就是因为在设计之初没有考虑好相关零件 的位置对n v h 性能的影响，导致一款2 4 l 产品由于最终无法解决进气管噪音问题， 不得不放弃上市1 儿j 。 其次，在确定设计的要求后，国内车企与国外汽车行业其差别还表现在吸音隔音 材料和零件丌发制造的过程也是不一样的，国内汽车内饰所对应的材料的选择，还处 在汽车的二级供应商独立试制，并且这些试制也多数是从供应商的国际母公司处得到 相关资料而进行国产化的异地生产而已，主机厂只能被动的选择的初级阶段。而在国 外许多知名的o e m t l v l 都有自己独立的实验室、材料研究所以及自己从事研究的科研人 员，在新材料的研究和检测方面投入大量的财力和物力，如福特公司在丹顿、科隆以 及澳大利亚等地都有自己专门的材料实验室和大型的n v h 实验室。而与之合作的主要 零件和材料供应厂商也不但拥有自己的实验室，而且也常常和知名的材料开发公司协 作，通过购买这些公司的专利完成特定零件和材料的研发试制等。如德国h p 佩尔哲 公司从波谱等人手中购买车轮降噪材料【3 3 l 及发动机舱吸音隔热垫1 3 4 j 的专利，为福特、 通用及大众等o e m 公司提供有效降低胎噪和发动机噪音的新零件。 最后，国内相关行业相对与发达国家的落后也在一定程度上阻碍了国内汽车降噪 的性能，我国汽车内饰相关产业也是随着国外汽车制造厂在国内设立合资企业，借着 零部件国产化，开始了自己的蓬勃发展。从上世纪8 0 年代后期开始，上海、江苏、 浙江等地相继出现一批内饰面料生产企业，生产座椅、门板、顶棚用的机织面料，到 1 9 9 8 年止，上海大众、天津大发、南京依维柯等中档轿车厂，内饰面料实现了国产p 引。 而上海市纺织科学研究院等研究机构在“七五”和“八五 国家重点科技攻关项目中， 先后研究开发了汽车内饰用非织造材料，如低密度吸音、隔热、隔震衬垫材料，中、 高密度非织造结构内饰件。如汽车顶棚、门内饰板、后行李箱内饰板等，上述研究项 目现已应用于生产( 如温州环球汽车衬垫有限公司、常熟汽车饰件有限公司、上海地 毯厂以及宁波拓普等等) ，产品达到欧洲汽车公司如福特、大众标准等的标准要求。 国内的一些汽车内饰件厂也通过引进技术与生产线以及自行开发，生产各类汽车内饰 件，如针刺模压地毯、汽车顶棚内饰等，已形成初具规模的一批内饰材料生产企业， 可基本满足汽车主机厂配套所需的各类内饰用非织造软内饰材料等。但是由于这些吸 音零件的原材料很多来自于高分子材料工业以及回收材料行业。由于国内的高分子工 i v o r i g i n a le q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r ，在这里指汽车制造的主机厂 9 l 前高 t 枉坝i 学位论义 业与国外年甘比还有一定的差异，而国内的旧收材料分类也有待完善，造成了汽车软内 饰方面材料的研发和圈外相关行业有一定的蔗距，使得许多高档车的内饰材料仍然需 要从国外进口。同时困外，尤其是同本、德幽等机械行业的高度发达，无论从模具的 设计、选材到加工精度方面与国内的相关行业都有很大的差距，而模具的好坏直接关 系到零件的成型。这些都在一定程度上成为我国汽车内装饰隔音材料发展进步的绊脚 石。 1 4 本课题的目的、意义及主要研究内容 汽车的软装饰材料，一方面美化车厢，提高车辆的舒适度，另外一个最重要的作 用就是减低车内乘客舱的噪音，如果这两方面达不到设计的目标值，那么在汽车市场 激烈竞争的情况下，汽车的销售量将会大打折扣，同时也直接影响到公司的品牌形象。 2 0 0 5 年初，长安福特马自达公司与福特在德国科隆和英国丹顿的小型车研发中 心签署了一款全球同步开发经济轿车的生产许可合同，按照计划，这款车在中国上市 时间仅仅比在欧洲晚三个月，由于中国的道路环境以及国家有关法规的不同，因此汽 车的n v h 及对应的内饰材料急需国产化。在此背景下，本论文选择研究汽车内饰件及 其n v h 性能，主要研究内容包括：( 1 ) 研究汽车顶棚n v h 性能的影响因素，利用国产 化材料试制出符合声学性能要求的顶棚。( 2 ) 研究汽车主地毯n v h 性能的影响因素， 利用国产化材料试制出符合声学性能要求的地毯。( 3 ) 研究汽车后置物板性能的影响 因素，利用国产化材料试制出符合声学性能要求的后置物板，优化子系统和整车的声 学性能。 1 0 工程硕士学位论文长安福特b 型车内饰件声学性能研究 2 汽车顶棚n v h 性能改善 2 1 前言 汽车顶棚作为车内的主要装饰件之一，与车内的其它零件配合密切，如汽车的前、 中后立柱、前后挡风玻璃、高位刹车灯、天窗、顶灯、把手等等。据统计直接和间接 搭接的零件多达四十多个。这些特点都决定了对顶棚的尺寸要求的严格；同时作为车 内主要的吸音零件之一，不但需要满足几何尺寸方面的要求，在声学方面的要求也非 常严格。这些特点决定了顶棚不但在模具工艺方面要求严格，而且在材料的选择也有 着严格的要求，好的顶棚材料不但要具有良好的装饰性、而且还必须具备好的吸音性 能。尺寸的保证来源于模具和工艺的设计，而材料的选择则和材料发展现状有关，对 于商品车来说，这两项还制约于汽车的定位。 一般汽车顶棚包括五层，如图2 1 所示。第一层为内饰织物，即表层装饰织物； 第二层为玻璃纤维和胶粘剂；第三层为p u 发泡片材；第四层为玻璃纤维和胶粘剂； 第五层为非织造布。通常将顶棚上能被乘客所见的面成为a 面，其反面为b 面。对顶 棚的一般要求是从a 面观察不能有可见的瑕疵，配合良好，在b 面与其它对手件，如 天窗、顶灯支架、气帘等零件无干涉。顶棚的主要构造如图2 1 所示1 3 引。 内饰飒衡 垃枯铜 ( p e ) 譬叙遗奄 图2 1 顶棚的主要构造 顶棚的成型工艺有两种：( 1 ) 干法：又称冷模法，一般采用现成聚氨酯p u 板与 面料在接触式加热机中加热后，放入冷模具中合模加压保压后成型。( 2 ) 湿法g 又称 热模法，一般采用半弹性的聚氨酯p u 板，将p u 板和玻纤加骨架胶等复合成基板后， 将基板与面料放入热模具中加压保压后成型。 本课题中所涉及的车型为b 级车( 以下简称b 车) ，b 车为经济型家庭用轿车， 为了使该系列车型具有良好的市场竞争力，要求顶棚用材料达到如下要求：a 、无纺 布针刺面料，面密度为2 2 0 9 m l ；b 、两层玻璃纤维及玻毡面密度均为l o o g 时；c 、 聚氨酯泡沫密度为2 0 k g 5 k g m 3 。d 、聚氨酯面料胶和骨架胶各6 5 m t 顶棚的声 1 l 2 汽顶棚n v h 性能研究i 程顿学位论文 学性能要求如图22 所示。圈中上面的实线表示面积为19 m2 时顶棚的吸音目标要 求虚线代表面积为1 0m2 时的吸音目标要求。 2 2 试验部分 _ 图2 2 顶棚的声学性能要求 2 2 1 顶棚所用主要原材料 实验中主要原材料如表2 1 所示。 表2l 顶棚主要原材料及规格 三材料名称规格下料尺寸及用量产地 p u 密度1 1 2 5 9 m 3 上下两层玻纤 1 复合板材lo面og带m2pu b 4 5 9 m 2 无1 9 5 0 m m 。1 3 0 0 n m l x l 3 r a m张毫梦长 1复合板材面带2 无m ”：5 n 纺布 带 a 面6 5 9 r a 2p e 胶 粉( 胶粒) 2 ( p u r ) p u 板材 3 2 5 - 4 0 3 咖31 9 5 0 m i n x l 3 0 0 m m x l 3 m m 烟台彤祥 3 ( p u r ) p u 板材3 2 5 - 4 0 3 咖31 9 5 0 m r n x l 3 0 0 r a m x l 3 t u n a 栗阳山湖 4 ( p u r ) p u 扳材 3 2 5 - 4 0 3 m 31 9 5 0 m m 。1 3 0 0 m m 1 3 m r a 张毫箩长 5 伸乎纺布2 0 0 2 4 0 g m 2 1 9 5 0 m m x l 3 0 0 r a m x l 3 r a m 恐熊 6( g f ) 玻璃纤维1 1 1 5 岫1 0 0g m2丹阳振兴 ，嚣孺i 荔 。o - s 。咖2 t 9 5 0 一x 1 3 0 0 r a m m m m 常热佳胜 t 程颂l | 学位论文长安福特b 型车内饰件声学性雒研究 2 2 2 硬模顶棚的制各工艺 硬模顶棚的制各可分为干法制造工艺和湿法制造工艺，在顶棚完成后增加粘接工 序，将两块p e t 毛毡用热熔胶粘接在顶棚的背面( 吸音棉规格见表21 ) 。顶棚粘贴 吸音棉前后的对比见图23 干法制造工艺： 将p u 复台板材与无纺布放入加热机中，在2 0 0 左右加热9 0 秒，然后将p u 复合板材带有p e 胶的a 面向上放入冷模具中，将无纺布铺放在p u 板上，合模在7 0 m p 压力下保压1 2 0 秒取出，在水切胎膜上完成切割后，安装附件。 湿法制造工艺： 将无纺布下底衬平铺在工作平台上，在上面均匀的铺上玻粘和玻璃纤维，然 后均匀赜涂液态的p u 骨架胶和水在聚氨酯泡沫板p u 板上，再在p u 板上均匀铺上 玻璃纤维，均匀喷涂液态骨架胶合水后，在温度为1 2 0 压力为1 6 m p 下保压1 分钟复合形成半成品，然后将半成品喷涂上p u 面料胶后和内饰面料一起放入模 温为1 0 0 c 压力为1 6 m p 左右的凹模中，合模保压成型约5 0 秒后，取出，在水切 胎膜上完成切割后，安装附件。 图23 在顶棚的b 面增加吸音棉前后的图片 2 汽m 棚n v h 性能研究i h 十学h 硷女 2 2 3 吸音性能测试原理及方法1 3 7 i 吸音性能测试在德同科隆福特实验窜进行，采用a 1 p h ac a b i l 3 吸音舱( 带二个 美克风及干湿温度计等) 。温度为2 1 湿度为5 5 的条件下将顶棚放置达到1 2 小时 以l 后。先在空舱情况f 调试设备，从4 0 0 h z 到1 0 0 0 0 t l z ，每后一个频率均为前一个 频率的2 ”。倍，每个测试的频率f 设备自动测得每个对麻频率空舱的混响时间t e m p t y 然后将顶棚直接放置在a l p h a c a b i n 里的地面上。从4 0 0 1 i z 到1 0 0 0 0 1 t z ，每 个对应的频率下测试放置顶棚后对应得混响时间tc o m p o n e n t 五次取平均值，根据 a a - 0 1 6 3 vc a b i n f l tc o m p o n e n t - 1 te m p t y ) ；a ；a a a c o m p o n e n t 的原理，自动 绘出吸音曲线图，其中vc a b i n 代表测试用小屋的体积：a c o m p o n e n t 代表被测试零 件或材料的表而积；a a 代表该频段下被测试的这种零件或材料的吸音系数；a 代 表该频段下这种零件或材料单位面积上的吸音系数。 2 3 结果及讨论 2 3 i 顶棚的n h v 性能及模拟测试条件的确定 b 面没有带扳金的顶棚的测试结果见图24 所示。幽中紫色的曲线组代表c p 样车阶段三个国产顶棚的吸音性能测试结果，绿色曲线组代表吲阶段的欧洲顶棚两个 的吸旨性能测试结果。从测试数捌显示b 车顶棚是符设计要求的。但随即发现顶棚 的测试条件和实际使用有些不符。首次测试时没有在顶棚的b 面覆盖板金或遮挡物， 导致测试的数据足整个顶棚的吸音性。汽车上顶棚安装的位置是在汽车的顶部，背面 对应的是汽车顶上的板金，而板金零件车身具有很强的隔音能力，这些特点决定顶棚 起到吸音功能只能是1 声音从顶棚的a 面入射进去的时候。因此在实验宜模拟测试单 个零件在车卜的吸音性的时候就只能计算a 面的吸音效果而不能秉川两面的吸音效 果。 5 h 一 自m m * m 图24 b 面不带扳金的顶棚的、h v 性能 i 程硕士学位论文长安福特b 型车内饰件声学性能研究 图2 5 所示是在顶棚的b 面增加b 车车顶钣金，并在边缘加贴德莎胶带进行测试 的结果。图中绿色的实线代表没有带车顶板金欧洲顶棚的吸音性能曲线绿色的点画 线代表带有车顶的欧洲顶棚的吸音性能钡4 试曲线。图中粉红色的两条线代表没有带车 顶板金国产顶棚的吸音性能曲线，蓝色的实线代表带有车顶的国产顶棚的吸音性能测 试曲线。 b d r h e a d l l r b f m i o n r -、 、 头 l 旃 崩? 3- - s ： 一一 雌 j ， f m i 厂画磊画习峨吲mr o ds h 口1 ：- - 。m cp。e蕊+op+。l+。im+。i+cp 一be o m a 一j c p = c h i n a 。l 一一b i “a d l i h ” 一，。，。甜。抖 - 一一ac r m c * w 塑苎竺二：! i 掰2 5 背面带板金和周边被密封后顶棚的测试结果 从图25 可以看出，在加了车顶的钣金和周边的密封后零件的n v i 吸音系数明 显低于目标值。并且是在被测试的项棚表面积为20 6m2 ，此时实际零件吸音的面积 已经是大于规定的目标值l9m2 的情况下。这是因为由于车项板金的存在，导致从 顶棚b 面入射的声音几乎完全被车顶板金所反射而无法进入项棚内部产生震动动能 到热能的转化，因此也部分削弱了顶棚在a l p h ac a b i n 中的吸音性能，但由于顶棚 在实车上的状况正是如此因此我们只能选择带有板金和密封胶带的情况作为模拟测 试的条件。 2 3 2 欧洲顶棚的n v 性能剖析 欧洲同款车的顶棚性能能够满足设计要求，对比国产b 车顶棚与欧洲版顶棚。 外观差异见图26 所示。 2 1 顶棚n v h 忭娩改善过程l h m l 学位* 女 图2 6 国产和欧洲碳棚的对照幽 b d h 8 m l 竺r ! 竺! 竺! 将国产的顶棚和欧洲的顶棚仔细拆解，分析对照得到材料外观等参数。国产顶棚 与欧洲顶棚的性能对照如表2 2 所示。 表22 国产顶棚与欧洲顶棚的性能对照 从表中可以看出，欧洲顶棚与国产顶棚无论从重量上还是外观都有不同，外观是 设计师根据市场不同选择颜色不同，对声学性能方面几乎没有影响，但重量的差异和 工艺的差异，可能是两种顶棚的吸音性能差异的原因。 2 3 3 粘胶剂对顶棚吸音性能的影响 为了考察干法条件下，是否由于p e 胶粉粒径太小而渗透到p u 板的缝隙中，堵塞 吸音小孔而造成n v h 性能下降。本实验对比了粉术态胶粉和颗粒状胶粉对产品n v h 性能的影响，结果如图27 所示。 i 程硕士学位论文长安艟特b 型车内饰件学性能研究 a 一c a mr q b l 汐 孽影i ；i ； 一t - 日一 图27p e 胶耪形态对项棚嗳音性能的影响 图中红色曲线表示采用p e 粉末胶生产出零件的吸音性能浅蓝色曲线为p e 颗粒 胶生产出零件的吸音性能。从测试结果可见，两者的吸音性只在高频段有较小的差别， 两者的n v h 性能仍远低于欧洲样品值。 2 3 4p u 板原材料对顶棚吸音性能的影响 p u 板是顶棚中主要的吸音层之一，因此p u 原材料来源对顶棚n v h 性能可能存有 不同的影响。本实验研究了三千不同供应商生产的p u 原材料对顶棚n v h 性能的影响， 结果如图28 所示。 圊28p u 板原材料对顶棚吸音性能的影响 2 汽车顾捅n v h 性能改普过程1 8 碰t 学他l e 图中红色曲线为澡阳产p l 板生产的顶棚带车顶板金的吸音性能测试结果：紫色 曲线为烟台产扳生产的顶棚带车顶板金的吸音性能测试结果：蓝色为张家港产m 板牛产的顶棚带车顶板金的吸音性能测试结果绿色为b 车顶篷的吸音性能曰标曲 线。 从图巾可见，烟台产p l 板的顶棚 v 性能最差，而溧阳产和张家港产的p l 板 生产出来的顶棚川v 性能存1 2 5 0 h z 以内有00 - 05 每，f 米的进步，到r 1 0 0 0 i i z 附近 仍然有00 到04 每平米的进步，但对于影响乘客舒适度非常重要的区域从1 5 0 0 h z 到4 0 0 0 h z 的范围，张家港产的p u 板表现虽然稍微好一些。与日标值相比，圜产的三 种p l 板声学性能效果都不佳。 2 3 5 吸音棉对顶棚吸音性能的影响 不干涉顶棚上的线束和水管装配的情况下，在顶棚的背面加贴两块吸音用的p e _ 毛毡，】l l ! 格见表2l 。本次实验研究丁吸音棉对顶棚吸音性能的影响，结果如图29 。 b d d * h e a l 附 b 轴m i n m 3 翻29 吸音棉对项棚吸音性能的影响 | | 中棕色曲线为c p 2 n 阶段加贴吸音棉后的零件吸音曲线恻，监色曲线表示未加 吸音棉前的零件吸音图，从罔中可以看出在3 1 5 0 h z 以后加贴吸音棉的顶棚的吸音系 数明显提高。 z 3 6 制造工艺对顶棚n v i 性能影响 【v c o n f l m a t i o np r o t o t y p e2 整车设”个阶段意思是第蒎设计原型畦 1 8 _l-f-c；_ i 程颂学位论文长安福特b 型车内饰件芦学性糖研究 既然欧洲采用的湿法可以满足性能要求，我们也决定改变从传统的干法变为湿 法。并调整工艺及相关的工艺参数，从原有的干法变为现有的湿法。原来采用在工 作台上铺好所有除a 面面料外的各层材料，加热预成型后和加热好的a 面面料一起放 入冷模具中进行最终成型，改为将所有材料铺好后在热模具中一次成型。配台工艺调 整，将原先采用的p e 胶粉改为液态的汽车内怖用聚氨酯粘合荆，以适应工艺的变更 需要。测试结果如图2l o 。 r l m t h 8 明删h n i a b i o i c i l o n h 椭m - * i 图21 0 改进后汽车顶棚n h v 性能 图中蓝色和绿色曲线代表湿法条件下国产顶棚的吸音性能，黑色和红色曲线代表 欧洲同期零件的声学性能。粉红色代表b 车n v h 性能目标要求。在低频段吸音比欧洲 零件稍好，但到了1 0 0 0 h z 左右无论是与欧洲顶棚的吸音性能相比还是与目标值相比 都仍然有非常大的差异。 2 3 7 玻璃纤维对顶棚的n v 性能影响 为验证玻璃纤维对顶棚的n v h 性能的影响，将b 面每平方米上增加铺撒玻璃纤维 1 0 0 9 m 2 和2 0 0 9 m 并完成样品各一个，其它工艺及原材料不变，