翼子板隔音垫研究

朱沛英

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

背景介绍

随着全球汽车技术的飞速发展，家用轿车给人们的生活带来了便利，但也带来了普遍的环境噪声问题。这里的噪音污染不单指汽车造成的环境中的噪音，也包括驾车者和乘车者在车内感受到的胎噪、风噪和发动机噪音等。吸隔音性能作为汽车乘坐舒适性的重要评价指标，在一款车型立项之初，声学性能工程师会根据该款车的车型等级定义其吸隔音级别，并初步布置吸隔音零件。目前人们受绿色环保和健康生活理念的影响，整车的吸隔音水平是顾客选车时会慎重考虑的指标。

翼子板隔音垫是安装在车前门和轮胎之间的钣金上的零件（图1），主要是为了阻隔路面噪声和发动机噪声传到乘客舱。为了全面了解家用轿车中翼子板隔音垫的现状并展望其后续的发展前景。统计市场上不同档次的车型翼子板隔音垫的使用情况，调查结果如下：按照材料分类，翼子板隔音垫主要有三大类：PU（Polyurethane，聚胺酯）、PE（polyethylene，聚乙烯）和PET（Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯）。按照车型档次来分，微型车和小型车的翼子板隔音垫的材料主要是PU，大型车、豪华车及SUV的翼子板隔音垫的材料主要是PET，而紧凑型车和中型车的翼子板隔音垫的材料层次不齐，三种材料的翼子板隔音垫都有应用，而且没有任何规律可寻，这样容易造成过设计的成本浪费，或是欠设计的性能损失。从汽车的设计发布区域分析，总体的趋势是：韩系车，翼子板隔音垫材料倾向选择PU；美系车翼子板隔音垫材料倾向选择PET；德系车翼子板隔音垫材料倾向选择PE。而中国自主品牌的应用原则是根据车型级别选择材料，一般是，微型车和小型车选用PU材料的翼子板隔音垫；中级车和部分大型车选用PE材料的翼子板隔音垫；部分大型车及SUV等车型选择PET材料的翼子板隔音垫。

图1 翼子板隔音垫在整车中的位置

2015年上海车展上，统计车展上展出的部分车型的翼子板隔音垫材料，发现，除了上述三种主要材料PU、PE和PET的翼子板隔音垫之外，也有极少数车型选择新型的特殊材料，如PP翼子板隔音垫，还有部分车型为了节约成本，没有布置翼子板隔音垫，直接是利用钣金延伸板来填充该区域的空腔。了解得知，汽车界对于翼子板隔音垫的声学要求一直没有明确的指标，隔音性能和吸音性能，到底哪一个是翼子板隔音垫的主要声学性能要求，也一直是一个备受争议的问题。那么，从上述统计结果可以看出，对于PU、PE和PET这些软饰材料，肯定同时具备吸音和隔音的功能，只是隔音和吸音的主导地位不同而已，但是根据经验判断，PP和钣金却只能具备一定的隔音功能，完全不能吸音的。

1 工作原理

理论上，任何一种材料（物质）都具有不同程度的减震、隔音、吸音的能力。阻隔噪音传播的有效途径主要是：密封、止震、隔音、吸音。在减震基础上再进行隔音、吸音以及密封处理，就可以达到安静舒适的效果，目前使用的车用降噪产品可以分成四类：A、减震材料， B、吸音材料 ，C、隔音材料 ，D 、密封材料[1]。汽车隔音降噪探寻的是在多个方面综合性能最佳的材料，而不是使用多种材料[2]。翼子板隔音垫的隔音功能主要通过降低或消除胎噪起作用，且应该在中低速状态下效果更明显[3]。本文从工作原理、零件成型工艺以及材料本身的吸隔声系数方面综合分析，对翼子板隔音垫材料进行分析和对比，从而选择出一种或两种隔音性能优异、成本合理、便于安装的汽车翼子板隔音垫材料。

既然驾车者和乘车者在车内感受到的噪音来自很多方面，那么翼子板隔音垫是如何起作用的的，其吸隔音路径是什么样的呢？首先，本文要基于翼子板隔音垫在整车中的位置进行分析。

我们曾经做过研究（表1），当车速在（40~60）km时，翼子板隔音垫的吸隔音作用不明显；但是当车速超过60 km/h时，增加翼子板隔音垫以后，噪音效果有得到很好的控制，特别是当车速达到（100~120）km时，增加翼子板隔音垫以后，整车噪音会有3 dB的改善，驾驶者坐在车内切实可以感觉到胎噪被抑制。可见，从整车的声学要求考虑，如果一辆车子要具备优异的声学表现，那么翼子板隔音垫也是必不可少的零件。

表1 安装翼子板隔音垫前后噪音值对比

2 材料选择

统计结果表明，目前使用比较广泛的翼子板隔音垫的材料有PU、PE和PET。本文将通过比较这几种翼子板隔音垫材料的吸隔音性能、成本和零件的成型工艺、安装便捷性等，选择出一种或是两种通用的翼子板隔音垫材料，在这之前需要研究各种材料本身的吸隔音性能，还需要研究成型工艺对零件吸隔音性能的影响，以及零件安装到车子上以后的吸隔音性能，这些因素的综合结果将为最终选择材料提供指导方向。

受车身翼子板处钣金造型及空间的影响，大部分材料的翼子板隔音垫造型都比较简单，几乎等同于平板[4]，所以本文不会将零件的造型作为影响零件性能的因素进行研究；而零件的材料克重/密度和零件的厚度是主要的影响因素。对于材料的成型工艺，虽然这几种常用材料的成型工艺相对新材料已经相当成熟，但是工艺可以很大程度上影响零件的性能，所以也将作为影响材料隔音性能的主要因素进行研究。通过调研、拆解分析及车展了解，统计目前几种主要材料的翼子板隔音垫的密度/克重和厚度信息如图2。

图2 不同材料的翼子板隔音垫信息

3 吸隔音性能

从目前统计分析的结果来看，基本上每个整车厂的各种档次的车子都布置有不同材料的翼子板隔音垫，但是在吸隔音性能要求方面，业内无论是材料级还是零件级却又都没有明确的要求。那么接下来本文考虑的是：整车布置翼子板隔音垫的意义到底有多大？首先需要从平板级材料的吸隔音性能和零件在整车路试以及PBNR测试中的吸隔音性能着手。

针对平板级材料的隔音性能，本文测试了某型号的PU（60 kg/m3）和PET（1 400 gsm）的平板级声学试验结果（图3），从这两种不同翼子板隔音垫材料的平板级试验结果可以看出：PU（60 kg/m3）和PET（1 400 gsm）的吸声系数基本都可以满足level B的吸声要求，尤其是低频区域，PU的吸声表现更好。但是两种材料的吸声系数还是有区别的，这除了受材料本身的特性影响之外，还受到材料的密度（或是克重）和厚度的影响。对于不同的整车厂来说，其声学性能的要求对于不同的材料是相同的。所以，横向比较几种不同材料的吸声系数还是具有很大的意义的，只不过这些比较需要设计合理的实验参数，采取合理适用的比较和统计方法，如正交列表、质量屋等。

图3 某项目PU和PET平板级材料的吸声曲线

本文将表1中不同克重和厚度的翼子板隔音垫进行全排列，分别将这些翼子板隔音垫安装在不同档次的车型上，然后通过整车四轮转毂试验测试整车语音清晰度。测试结果说明，对于中低档车，PU 80 kg/m3（附PE 膜） 翼子板隔音垫的综合性能最好；对于高档车，1 500 gsm PET的翼子板隔音垫的综合性能最好。

4 前景及展望

吸隔音性能作为汽车乘坐舒适性的重要评价指标，一直受到各汽车主机厂和汽车使用者的广泛关注。对于主机厂来说，汽车的吸隔音水平在很大程度上反映出其设计水平及工艺水平；对于汽车使用者来说，受绿色环保和健康生活理念的影响，选择优异的汽车吸隔音性能，已经成为一种必然。况且，控制汽车噪音到最优状态一直是汽车设计者追求的方向。

汽车隔音即针对多种噪音布置隔音零件，将声源隔绝到车厢以外，使车外的环境噪声和发动机噪声不能传播到车厢，从而改善整车的声学性能，以达到衰减车厢内环境噪音效果的措施。目前市场上的车子都有隔音措施，只是程度参差不齐。翼子板隔音垫作为消除胎躁的主要零件，几乎是每车必备，只是根据整车厂和车型的不同，该零件设计的方式、选择的材料和布置的方式都不尽相同。

目前市面上常用的翼子板隔音垫的材料主要有PU、PE、PET和PP这几种，而且这几种材料几乎每个主机厂都有使用，只是每种材料使用的比例不同而已。随着汽车制造成本的急剧下降，每个主机厂选择一种或是两种通用的材料是趋势所向。因为这样不仅可以节省模具费用，还可以利用量的优势降低单价。因为这几种常用材料的成型工艺比较成熟，零件的成型工艺不需要调整，所以工艺不能作为选择材料的主要参考因素。鉴于平板级材料的性能研究已经有相当的成果，结合本文的研究成果，对于中低档车，PU 80 kg/m3（附PE膜） 翼子板隔音垫是将来的应用趋势；对于高档车，1 500 gsm PET的翼子板隔音垫是将来的应用趋势。