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【关键词】双阻抗毛毡;NVH性能;关键子系统;声学包
【中图分类号】U463.832 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）07-0046-03
0 引言
近年来，随着汽车用户对车内声品质的要求不断提高，声学包装材料在汽车行业的应用越来越多 [1]。为适应市场需求和应对行业竞争压力，声学包装设计的发展趋势必然趋向于低成本、轻量化、性能优。
汽车防火墙是发动机噪声和热量直接传递到车内的主要路径之一，是由前围内外隔音垫和前隔板及其他附件组成的 [2]。其中，前围内隔音垫作为车内最关键的声学包零件，其开发设计在整车声学包设计中尤为重要。传统的EVA+PU发泡材料前围内隔音垫重量大、成本高、有异味且吸音性能稍差，但隔声性能较好 [3]。双阻抗毛毡类材料前围内隔音垫是由2层不同克重的毛毡类材料组合而成的，一般分为硬层和软层，两层之间有一层隔音膜，该隔音垫重量轻、成本低、无异味，隔音性能稍差，但吸音性能较好。目前，这两种材料的前围内隔音垫均广泛地应用在汽车中。
本文以双阻抗毛毡类材料为主要研究对象，首先通过统计能量分析方法仿真对比传统材料和双阻抗毛毡类材料对防火墙总成隔声性能的影响，分析了两种材料在防火墙隔声应用中的优势，并提出了优化方案。然后采用阻抗管测试方法和整车动态测试方法对双阻抗毛毡材料级和产品级的NVH性能进行对比分析，验证双阻抗毛毡类材料具有的NVH性能在汽车中的应用优势。
1 防火墙总成声学性能仿真分析
本文使用统计能量分析法常用的商业软件VAone对防火墙总成声学性能进行仿真分析。首先建立一个防火墙总成SEA模型（如图1所示），将防火墙总成置于声源室和接收室之间，声源室模拟混响室，接收室模拟消声室，建立子系统模型;然后输入损耗因子、吸隔音材料声学参数及物理参数;最后输入激励。
1.1 防火墙总成SEA模型校对
为了保证防火墙总成SEA模型的精度，进行防火墙总成隔声性能仿真分析和试验校对。防火墙总成隔声性能试验采用消声室-混响室法，前隔板上的开孔在试验过程中进行与钣金同厚度的完全密封处理（如图2所示），最终测试采集的试验数据和仿真分析结果对比分析如图3所示。
由图3可知，前隔板钣金隔声量仿真和试验结果在考察频率范围内基本一致，两者误差可控制在2 dB以内，说明防火墙SEA模型满足仿真精度要求，可用于后续仿真验证。
1.2 对防火墙总成声学性能的影响
使用防火墙SEA模型对传统EVA+PU发泡结构前围内隔音垫和双阻抗毛毡前围内隔音垫在考虑过孔和不考虑过孔两种情况下的防火墙总成声学性能影响进行声音衰减量（NR）对比分析，NR分析综合考虑声学材料的吸声和隔声特征，能综合反映声学材料的NVH性能。
不考虑过孔影响时，由图4可知，双阻抗毛毡的声学综合性能均低于EVA+PU发泡，仅在5 000 Hz以上與其接近，此时当前围内隔音垫本身的覆盖和厚度分析较理想时，则前围内隔音垫使用EVA+PU发泡结构能更好地提升防火墙总成声学性能。
考虑过孔影响时，由图5可知，采用双阻抗毛毡的防火墙总成NR水平在2 000 Hz以上频段与EVA+PU发泡结构基本相当，但2 000 Hz以下频段仍低于EVA+PU发泡结构3 dB左右，此时对防火墙声学性能的影响主要来自过孔自身隔声不足、存在泄露等常见问题，而双阻抗毛毡良好的吸声性能可以有效弥补防火墙总成这类不可避免的缺陷。
2 NVH性能试验验证
2.1 材料级NVH性能试验验证
双阻抗毛毡材料NVH性能主要是根据其吸音系数和隔声量的大小衡量的 [4]，这两大参数主要通过阻抗管测试方法获取，取直径为29 mm和100 mm的样件分别使用阻抗管的大小管进行测试（如图6和图7所示）。
每个测试样件均重复进行3次以上的测试，取平均值作为测试结果，得到材料吸音系数和隔声量结果如图8和图9所示。
由测试结果显示，双阻抗毛毡材料吸声性能优于EVA+PU发泡材料，但是其隔声性能在部分频段上劣于EVA+PU发泡材料。
2.2 产品级NVH性能试验验证
双阻抗毛毡产品级NVH性能试验验证主要是通过安装双阻抗毛毡材料的零件到实车上进行NVH试验验证。本文针对前围内隔音垫使用双阻抗毛毡替代传统的EVA+PU结构进行整车动态NVH试验，对比分析两者对车内噪声的影响（如图10所示）。
前围内隔音垫作为阻隔发动机噪声传递到车内的主要零件之一，当发动机工作时，车内噪声的贡献量是衡量前围内隔音垫NVH性能优劣的指标之一 [5]。因此，本文针对发动机常用工况进行验证，比如怠速工况，当车辆处于怠速开空调工况时，声音传感器（布置在4个头枕外耳位置）采集到的两种不同前围内隔音垫的车内前后排噪声值（如图11所示）。 由图11可知，前围内隔音垫由EVA+PU结构更换成双阻抗毛毡之后，怠速工况时前排车内噪声声压级改善了约1 dB;后排车内噪声声压级改善了约2 dB。
当车辆处于3挡加速工况（发动机转速为1 200～4 500 r/min）时，声音传感器（布置在4个头枕外耳位置）采集到的2种不同前围内隔音垫的车内前后排噪声值（如图12所示）。
由图12可知，前围内隔音垫由EVA+PU结构更换成双阻抗毛毡之后，3挡加速工况下发动机转速为中高速时（2 500 r/min以上）车内噪声改善了1～3 dB。
当车辆处于空挡滑行工况（车速从130 km/h滑行至80 km/h）时，声音传感器（布置在4个头枕外耳位置）采集到的2种不同前围内隔音垫的车内前后排噪声值（如图13所示）。
由图13可知，前围内隔音垫由EVA+PU结构更换成双阻抗毛毡之后，空挡滑行工况时（车速从130 km/h滑行至80 km/h），车内噪声改善了1～2 dB。
3 结语
本文针对双阻抗毛毡从材料级到产品级的声学性能仿真分析和试验验证，研究了其材料级吸隔音性能和产品级队车内噪声的影响。基于本文分析，可得到以下结论。
（1）通过阻抗管测试得知，材料级状态的双阻抗毛毡吸音系数比传统的EVA+PU材料更优，隔声量则是传统的EVA+PU更优。
（2）通过统计能量法仿真分析得知，双阻抗毛毡类材料比传统的EVA+PU结构更加适合应用在汽车前围内隔音垫上，前者的吸音优势可以更好地弥补防火墙总成上开孔导致隔声不足的缺陷，其隔声性能在中高频段与EVA+PU结构基本相当。
（3）通过整车动态测试得知，产品级状态的双阻抗毛毡对车内噪声的贡献量比传统的EVA+PU结构更优。
（4）双阻抗毛毡成本低，轻量化结合NVH性能优势，不仅可以应用在防火墙总成中，还可以为整车声学包设计提供更多的选择。
参 考 文 献
[1]邓江华.前围总成特性对汽车声学包性能影响[J].噪声与振动控制，2014（3）：78-81.
[2]Yuksel Gu，Jian Pan，David Wagner.SoundPacka-
ge Development for Lightweight Vehicle Design using Statistical Energy Analysis（SEA）[EB/OL].http：//
papers.sae.org/2015-01-2302，2015-06-15.
[3]龐剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015：269-270.
[4]张红磊，靳干，曹维福.汽车声学包设计[J].研究与开发，2014（4）：48-51.
[5]邓江华，宋俊，李灿，等.乘用车声学包设计开发与优化技术研究[J].声学技术，2015，34（4）：353-357.
【中图分类号】U463.832 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）07-0046-03
0 引言
近年来，随着汽车用户对车内声品质的要求不断提高，声学包装材料在汽车行业的应用越来越多 [1]。为适应市场需求和应对行业竞争压力，声学包装设计的发展趋势必然趋向于低成本、轻量化、性能优。
汽车防火墙是发动机噪声和热量直接传递到车内的主要路径之一，是由前围内外隔音垫和前隔板及其他附件组成的 [2]。其中，前围内隔音垫作为车内最关键的声学包零件，其开发设计在整车声学包设计中尤为重要。传统的EVA+PU发泡材料前围内隔音垫重量大、成本高、有异味且吸音性能稍差，但隔声性能较好 [3]。双阻抗毛毡类材料前围内隔音垫是由2层不同克重的毛毡类材料组合而成的，一般分为硬层和软层，两层之间有一层隔音膜，该隔音垫重量轻、成本低、无异味，隔音性能稍差，但吸音性能较好。目前，这两种材料的前围内隔音垫均广泛地应用在汽车中。
本文以双阻抗毛毡类材料为主要研究对象，首先通过统计能量分析方法仿真对比传统材料和双阻抗毛毡类材料对防火墙总成隔声性能的影响，分析了两种材料在防火墙隔声应用中的优势，并提出了优化方案。然后采用阻抗管测试方法和整车动态测试方法对双阻抗毛毡材料级和产品级的NVH性能进行对比分析，验证双阻抗毛毡类材料具有的NVH性能在汽车中的应用优势。
1 防火墙总成声学性能仿真分析
本文使用统计能量分析法常用的商业软件VAone对防火墙总成声学性能进行仿真分析。首先建立一个防火墙总成SEA模型（如图1所示），将防火墙总成置于声源室和接收室之间，声源室模拟混响室，接收室模拟消声室，建立子系统模型;然后输入损耗因子、吸隔音材料声学参数及物理参数;最后输入激励。
1.1 防火墙总成SEA模型校对
为了保证防火墙总成SEA模型的精度，进行防火墙总成隔声性能仿真分析和试验校对。防火墙总成隔声性能试验采用消声室-混响室法，前隔板上的开孔在试验过程中进行与钣金同厚度的完全密封处理（如图2所示），最终测试采集的试验数据和仿真分析结果对比分析如图3所示。
由图3可知，前隔板钣金隔声量仿真和试验结果在考察频率范围内基本一致，两者误差可控制在2 dB以内，说明防火墙SEA模型满足仿真精度要求，可用于后续仿真验证。
1.2 对防火墙总成声学性能的影响
使用防火墙SEA模型对传统EVA+PU发泡结构前围内隔音垫和双阻抗毛毡前围内隔音垫在考虑过孔和不考虑过孔两种情况下的防火墙总成声学性能影响进行声音衰减量（NR）对比分析，NR分析综合考虑声学材料的吸声和隔声特征，能综合反映声学材料的NVH性能。
不考虑过孔影响时，由图4可知，双阻抗毛毡的声学综合性能均低于EVA+PU发泡，仅在5 000 Hz以上與其接近，此时当前围内隔音垫本身的覆盖和厚度分析较理想时，则前围内隔音垫使用EVA+PU发泡结构能更好地提升防火墙总成声学性能。
考虑过孔影响时，由图5可知，采用双阻抗毛毡的防火墙总成NR水平在2 000 Hz以上频段与EVA+PU发泡结构基本相当，但2 000 Hz以下频段仍低于EVA+PU发泡结构3 dB左右，此时对防火墙声学性能的影响主要来自过孔自身隔声不足、存在泄露等常见问题，而双阻抗毛毡良好的吸声性能可以有效弥补防火墙总成这类不可避免的缺陷。
2 NVH性能试验验证
2.1 材料级NVH性能试验验证
双阻抗毛毡材料NVH性能主要是根据其吸音系数和隔声量的大小衡量的 [4]，这两大参数主要通过阻抗管测试方法获取，取直径为29 mm和100 mm的样件分别使用阻抗管的大小管进行测试（如图6和图7所示）。
每个测试样件均重复进行3次以上的测试，取平均值作为测试结果，得到材料吸音系数和隔声量结果如图8和图9所示。
由测试结果显示，双阻抗毛毡材料吸声性能优于EVA+PU发泡材料，但是其隔声性能在部分频段上劣于EVA+PU发泡材料。
2.2 产品级NVH性能试验验证
双阻抗毛毡产品级NVH性能试验验证主要是通过安装双阻抗毛毡材料的零件到实车上进行NVH试验验证。本文针对前围内隔音垫使用双阻抗毛毡替代传统的EVA+PU结构进行整车动态NVH试验，对比分析两者对车内噪声的影响（如图10所示）。
前围内隔音垫作为阻隔发动机噪声传递到车内的主要零件之一，当发动机工作时，车内噪声的贡献量是衡量前围内隔音垫NVH性能优劣的指标之一 [5]。因此，本文针对发动机常用工况进行验证，比如怠速工况，当车辆处于怠速开空调工况时，声音传感器（布置在4个头枕外耳位置）采集到的两种不同前围内隔音垫的车内前后排噪声值（如图11所示）。 由图11可知，前围内隔音垫由EVA+PU结构更换成双阻抗毛毡之后，怠速工况时前排车内噪声声压级改善了约1 dB;后排车内噪声声压级改善了约2 dB。
当车辆处于3挡加速工况（发动机转速为1 200～4 500 r/min）时，声音传感器（布置在4个头枕外耳位置）采集到的2种不同前围内隔音垫的车内前后排噪声值（如图12所示）。
由图12可知，前围内隔音垫由EVA+PU结构更换成双阻抗毛毡之后，3挡加速工况下发动机转速为中高速时（2 500 r/min以上）车内噪声改善了1～3 dB。
当车辆处于空挡滑行工况（车速从130 km/h滑行至80 km/h）时，声音传感器（布置在4个头枕外耳位置）采集到的2种不同前围内隔音垫的车内前后排噪声值（如图13所示）。
由图13可知，前围内隔音垫由EVA+PU结构更换成双阻抗毛毡之后，空挡滑行工况时（车速从130 km/h滑行至80 km/h），车内噪声改善了1～2 dB。
3 结语
本文针对双阻抗毛毡从材料级到产品级的声学性能仿真分析和试验验证，研究了其材料级吸隔音性能和产品级队车内噪声的影响。基于本文分析，可得到以下结论。
（1）通过阻抗管测试得知，材料级状态的双阻抗毛毡吸音系数比传统的EVA+PU材料更优，隔声量则是传统的EVA+PU更优。
（2）通过统计能量法仿真分析得知，双阻抗毛毡类材料比传统的EVA+PU结构更加适合应用在汽车前围内隔音垫上，前者的吸音优势可以更好地弥补防火墙总成上开孔导致隔声不足的缺陷，其隔声性能在中高频段与EVA+PU结构基本相当。
（3）通过整车动态测试得知，产品级状态的双阻抗毛毡对车内噪声的贡献量比传统的EVA+PU结构更优。
（4）双阻抗毛毡成本低，轻量化结合NVH性能优势，不仅可以应用在防火墙总成中，还可以为整车声学包设计提供更多的选择。
参 考 文 献
[1]邓江华.前围总成特性对汽车声学包性能影响[J].噪声与振动控制，2014（3）：78-81.
[2]Yuksel Gu，Jian Pan，David Wagner.SoundPacka-
ge Development for Lightweight Vehicle Design using Statistical Energy Analysis（SEA）[EB/OL].http：//
papers.sae.org/2015-01-2302，2015-06-15.
[3]龐剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015：269-270.
[4]张红磊，靳干，曹维福.汽车声学包设计[J].研究与开发，2014（4）：48-51.
[5]邓江华，宋俊，李灿，等.乘用车声学包设计开发与优化技术研究[J].声学技术，2015，34（4）：353-357.