基于汽车内饰轻量化的NVH性能开发及应用

李攀攀

摘要：结合汽车内饰材料开发实践，阐述了以NVH性能为目标的汽车内饰轻量化开发工程控制方法及机理。结合某乘用车车型开发，以前壁板隔音垫与车门吸声材料的轻量化设计验证为例，提出一种内饰材料轻量化的NVH性能开发方法。通过SEA仿真和道路测试，全面评估和验证了其优化效果。在质量减轻高于50%情况下，显著提升了行驶工况中的车内声品质。

关键词：汽车；内饰轻量化；NVH性能

目前汽车工业正面临能源、环保与安全舒适三大课题，其有效解决方法包括汽车轻量化以及新能源汽车的开发。车身结构轻量化无疑会对汽车车身整体结构强度、刚度及动态性能产生重要影响。

一、内饰轻量化的设计原则

1.美观舒适原则，汽车的内饰设计直接影响到驾驶员及车上乘客的舒适度，因此汽车内饰的美观度是我们在进行购车时选择的一个重要方面。汽车内饰的轻量化设计的一个原则就是美观舒适。汽车内饰的轻量化设计是在保证汽车基本的性能和乘客的基本需求上开展的，所以在设计时我们应该遵循美观舒适的原则，保证车内空间的宽敞，注重内饰的色彩搭配，保证乘客愉悦放松的心情。

2.防火环保原则，防火与环保是汽车内饰轻量化设计时需要注意的两个基本的原则。防火的材料设计不仅使汽车的内饰设计更安全，而且实用性也会更强，减少很多更换、修理的麻烦。这就要求汽车内饰轻量化设计的材料要具备基本的防火阻燃性能，可以在一定程度上预防火灾的发生，如果火灾真的发生，阻燃的材料也可以延缓火灾的蔓延，安全性更强。另外就是内饰设计的环保性，绿色环保是社会各行各业发展的基本理念，汽车内饰的轻量化的环保设计不仅满足了当今社会环保的理念，而且通过杜绝有毒有害材料的应用，来确保了车内乘客的身体健康。

3.强度安全原则，汽车内饰的轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下尽量的减小汽车内饰的整体质量，强度和安全性是保证汽车正常行驶的安全和制动要求。所以说，强度和安全性保障是汽车内饰轻量化设计的一个基本的原则。这一原则不仅要求内饰的材料本身的强度要符合要求，而且要求基本的设计可以作为其他额外装饰的载体，可以满足一定的负荷要求。除了承载的强度之外，我们对于内饰设计的安装强度也有着一定的要求，最基本的就是要能承受车辆高速运行过程中产生的冲击载荷，强度和稳定性都能符合要求[1]。

二、汽车内饰轻量化开发策略及工程控制

1.汽车声学包装内饰材料与NVH性能，噪声振动控制是基于源、路径和响应的三要素进行分别控制，而汽车NVH性能开发则主要集中于激励源与传递路径。汽车声学包装主要用于解决空气传播路径的噪声问题，在密封性和隔吸声性能等方面进行噪声控制。狭义的汽车声学包装部件可以分为吸声型、隔声型和密封型。通常隔声材料包括PVC、EVA或EDPM等；吸声型材料包括有棉毡类、PU发泡类等。吸声材料一般为多孔性介质，隔声性能较差，其吸声性能评价指标为吸声系数。吸声是指空气中的声波在通过或入射到介质界面损失声能的过程，当声波进人多孔性介质内，部分声能转变成为热能而耗散。影响材料吸声性能的因素包括流阻、孑L隙率、结构因子、厚度、密度以及温、湿度等环境条件。隔声材料主要作用为阻隔声音传播，评价隔声材料性能的主要指标为传递损失（STL），其声传递损失的定义为人射声功率与透射声功率之比的对数值。均质材料的隔声性能满足质量原理，即密度越高，隔声性能越好，当材料面密度增加一倍，隔声量增加约6dB。汽车上常用的声学包装材料，一般采用隔吸声型的组合结构类型，由不同的隔声层和吸声层组合。汽车声学包装内饰材料分布见图1。

2.汽车内饰轻量化技术及工程开发，金属基材料的轻量化和“以塑代钢”技术，一直是汽车轻量化研究及应用的热点和焦点。但对于汽车内饰件或声学包装材料的轻量化，较少引起汽车业界的关注，其研究与应用较少。汽车内饰轻量化主要技术：a.轻质基材的应用技术，如低密度、高倍率发泡、多孔吸声纤维材料等；b.新型复合型声学材料结构的应用，如微穿孑L复合型、多层棉毡或发泡层组合替代传统的“软硬”双层组合的声学结构；c.基于多属性优化设计的轻量化应用技术，如合理地分配内饰声学材料的设计布局以及对其形状、厚度、高密度隔声层材料等进行分布；d.基于制造或安装工艺的轻量化应用技术，如采用粘接替代以凸焊螺柱卡接的内饰件安装方式等。汽车内饰轻量化工程开发关键是在整车轻量化开发控制下，基于噪声传递路径与声源对车内贡献量分析的前提下，将汽车内饰材料的传声损失和吸声性能同时作为NVH性能设计优化的两个关键参数，以替代仅仅关注传声损失性能的传统式开发。

三、轻量化前壁板隔音垫

1.关于新型轻量化隔音垫的研发前壁板隔音垫安装在前壁板上驾乘人员空间一侧，能够有效地衰减动力传动总成和前轮胎等声源传递到车内的噪声强度，其对车内噪声和声品质水平起着重要作用，是车身声学包装NVH性能开发中最核心和关键的声学部件。目前，在汽车上广泛应用的前壁板隔音垫采用双层结构。常用的“重层”材料包括EVA、EPDM或PVC等，“软层”材料包括棉毡、PU发泡或热塑纤维等。重层主要作用是隔声，即阻隔和反射噪声；软层则主要是吸收前壁板件直接的辐射声能，以及吸收重层的反射声能。由于传统的重层材料的质量较大，基于减轻汽车声学包装质量趋势的要求，可以采用一种新型的轻量化隔音垫设计方案，利用高密度的“软层”材料替代传统的“重层”。相对于传统的前壁板隔音垫，新型轻量化方案解决了中高频吸声性能差的问题，并且可以减轻质量30%～60%。

2.轻量化隔音垫统计能量法仿真，对于轻量化前壁板隔音垫NVH性能的分析，可通过建立前车体的SEA模型，以隔音垫的传递损失特性和吸音系数为主要设计因素，并以噪声衰减量级NR指标评估其声学性能水平。仿真分析表明，在前壁板无泄漏问题情况下，轻量化的隔音垫与传统隔音垫都能够取得相近的NVH性能，由于轻量化隔音垫具有较高的表面吸声性能，相比传统隔音垫，其噪声衰减性能对于泄漏效应的敏感度较低，所以，在中高频率范围依然能够获得较好的NVH性能。

四、内饰轻量化注塑的相关工艺

1.EIPP微发泡注塑工艺，微发泡注塑成型工艺是一项革新的精密注塑工艺，其应用于汽车内饰轻量化设计有很多的优势，首先，微发泡注塑工艺可以精确的控制尺寸。它可以在误差允许范围内保证部件的尺寸稳定性，有对比的研究显示，微发泡成型工艺的制品与传统注塑工艺的制品相比，其具有较强的控制尺寸的能力。另外，微发泡注塑成型工艺还可以改善产品的变形情况，防止填料的不均匀收缩而导致的形变。而该工艺应用于汽车内饰轻量化设计最主要的原因就是它可以减轻质量，而且保证材料的强度可以满足设计要求。

2.薄壁注塑工艺，薄壁注塑工艺是汽车内饰轻量化设计的一项重要的塑料成型工艺，其应用在汽车轻量化设计中不仅满足了“轻量化”的要求，而且还符合了环保的要求。薄壁注塑成型工藝的最主要优点就是实现了塑料的“薄”，在满足了使用性能的基础上使用的塑料原料较少，既降低了成本，又减轻了质量，满足汽车内饰轻量化设计的基本要求以及环保性的要求，而且工艺相对简单，可行性强。

汽车内饰的轻量化已成为汽车业界研究关注的热点。在实践中，可以运用NVH性能将汽车内饰轻量化，研究表明，在轻质量情况下，轻量化的隔音垫显著提升了车内声品质性能。

参考文献：

[1]乾巩.汽车内饰轻量化的NVH性能开发及应用.2015

[2]王怡一.现代汽车制造厂总装车间工艺设计.2015

[3]李晓花.汽车装配工艺规划及相关技术的探讨.2015