李政銳，黃超勇，謝明睿，王野筠，張文

(江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001)

?

基于氣密性提升及成本控制的車身空腔隔斷應(yīng)用

李政銳，黃超勇，謝明睿，王野筠，張文

(江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001)

為進(jìn)一步提高整車氣密水平，同時(shí)平衡車輛性能與成本，在某量產(chǎn)車型基礎(chǔ)上優(yōu)化或取消部分聲學(xué)包材料，采用空腔隔斷技術(shù)提升整車氣密性來彌補(bǔ)車內(nèi)NVH性能損失。通過實(shí)車道路測(cè)試評(píng)價(jià)車輛NVH水平，數(shù)據(jù)顯示：改進(jìn)樣車相比量產(chǎn)車型，氣密性大幅提升，車內(nèi)聲壓級(jí)表現(xiàn)也有優(yōu)化。因此在一定條件下，整車氣密性與車內(nèi)NVH性能呈正相關(guān)。該設(shè)計(jì)方法在滿足車輛屬性目標(biāo)前提下，降低了整車成本，為整車NVH性能開發(fā)和整車成本控制提供一種新的思路。

空腔隔斷；氣密性；NVH；成本控制

0 引言

汽車的乘坐舒適性是目前汽車行業(yè)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其中整車氣密性水平是衡量乘坐舒適性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。如果氣密性水平較低，外界環(huán)境的噪聲、水汽、灰塵就會(huì)通過密封缺陷處進(jìn)入車內(nèi)，直接降低用戶對(duì)車輛的評(píng)價(jià)。控制整車氣密性指標(biāo)能夠改善用戶的主觀體驗(yàn)，提高車輛質(zhì)量檔次，提升品牌形象。

影響整車氣密性的部位和環(huán)節(jié)有很多，對(duì)于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上無法解決的位置，采用空腔隔斷技術(shù)是常見的手段。目前已有很多學(xué)者對(duì)空腔隔斷技術(shù)進(jìn)行了研究，但主要還是集中于空腔密封的應(yīng)用和對(duì)乘客艙NVH性能的提升效果，缺乏對(duì)整車氣密性水平和NVH性能關(guān)聯(lián)性的研究，以及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的成本與性能需求的平衡。

作者采用SQC和CAE結(jié)合的分析方法，對(duì)某量產(chǎn)車白車身側(cè)圍的傳遞路徑進(jìn)行分析，在關(guān)鍵位置實(shí)施空腔隔斷措施來提升氣密性，同時(shí)優(yōu)化或取消部分聲學(xué)包材料，降低整車成本，最后通過實(shí)車道路測(cè)試和整車噪聲衰減量曲線驗(yàn)證該方案的有效性。

1 車身空腔及空腔隔斷

1.1 白車身空腔結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代汽車在進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、整體模態(tài)、制造工藝、材料成本等多方面的需求。車身側(cè)圍一般由外板、內(nèi)板和加強(qiáng)板3層沖壓鈑金焊接而成，再與車身前圍、頂棚、地板和后圍連接構(gòu)成白車身，所以，在車身的立柱、輪轂包及側(cè)圍等區(qū)域會(huì)形成很多相互連續(xù)的空腔結(jié)構(gòu)，即所謂的“旁路空腔”[1]。車身鈑金上還有部分大小不一、形狀各異的孔洞，滿足安裝、定位、漏液等用途的需要，鈑金搭接時(shí)焊接處也會(huì)存在縫隙[2]。

外界環(huán)境透過這些孔縫與旁路空腔和車內(nèi)乘員艙相連通，造成車身泄漏，影響車內(nèi)氣密性。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、進(jìn)排氣系統(tǒng)噪聲、輪胎噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲等通過該傳播路徑傳入車內(nèi)乘員艙。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，高速氣流通過孔縫進(jìn)入空腔內(nèi)沖擊并摩擦鈑金，由于車身空腔之間存在連續(xù)性，氣流貫穿整車，使得整車NVH指標(biāo)下降。因此，空腔導(dǎo)致的氣密性泄漏不容忽視，對(duì)空腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻隔不僅能提升氣密性水平，還能抑制噪聲傳遞，提高整車NVH水平。

1.2 空腔隔斷技術(shù)

在旁路空腔中設(shè)置阻隔材料是提升整車氣密性水平的常用手段。該應(yīng)用可阻隔氣流、抑制空氣隨通道傳播;同時(shí)，由于阻隔材料使用發(fā)泡材料，發(fā)泡材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)多孔，聲波入射到材料表面后，進(jìn)入材料內(nèi)部的孔隙，與孔壁發(fā)生振動(dòng)摩擦，在黏滯力的作用下，一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使得入射聲波能量衰減，達(dá)到吸聲的目的，可有效改善“旁路噪聲”[3]。

常見的空腔隔斷密封材料主要分兩種[4-5]：雙組分聚氨酯發(fā)泡材料和預(yù)成型加熱膨脹材料。后者根據(jù)實(shí)際工程需求的不同，又有橡膠、EVA、PVC等多種高倍率熱膨脹材料可供選擇。預(yù)成型加熱膨脹膠塊密封技術(shù)在白車身上應(yīng)用靈活：對(duì)結(jié)構(gòu)較小且規(guī)則的腔體，可采用擠出型膨脹膠直接黏貼在鈑金需要密封的位置，經(jīng)過涂裝車間烘烤后受熱膨脹與鈑金貼合，將空腔隔斷；密封較大的側(cè)圍空腔可使用骨架式膨脹膠，根據(jù)不同空腔形狀，以注塑的PA66材料作為骨架、EVA作為膨脹密封材料附著在外側(cè)，通過卡扣等方式固定在鈑金上，發(fā)泡材料高溫膨脹，封堵住空腔。

2 實(shí)際工程應(yīng)用案例

2.1 空腔隔斷方案設(shè)計(jì)

針對(duì)某款量產(chǎn)車型，建立車身空腔仿真模型，應(yīng)用SQC分析方法和VA one軟件對(duì)側(cè)圍傳遞路徑進(jìn)行分析，得到空腔內(nèi)聲壓級(jí)分布情況和能量壓力的傳播方向[6-7]。根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合車身截面結(jié)構(gòu)形狀尺寸及鈑金工藝孔分布等實(shí)際車身情況，確認(rèn)需要進(jìn)行空腔隔斷的位置，綜合考慮成本因素和車身制造工藝，采用注塑型Baffle和擠出型膨脹劑相結(jié)合的布置方式，如圖1所示，在A柱上下、B柱下和C柱幾個(gè)位置布置空腔隔斷。

圖1 空腔隔斷布置示意圖

2.1.1 A柱上部

A柱上部為旁路空腔的主要截?cái)辔恢?，也是高速氣流和噪聲流入白車身乘員區(qū)段的起始位置，所以需要在此處做空腔隔斷。由于A柱由3層鈑金構(gòu)成且形狀不規(guī)則，所以選擇使用熱膨脹進(jìn)行封堵，內(nèi)外腔共兩塊如圖2所示。

圖2 A柱上部空腔隔斷

2.1.2 A柱下部

在A柱下部隔斷可以阻斷A柱、縱梁和門檻內(nèi)腔的連通性。A柱下由于腔體較大且規(guī)則，采用注塑型Baffle，通過2個(gè)卡釘安裝固定在鈑金上，如圖3所示。

圖3 A柱下部空腔隔斷

2.1.3 B柱下部

B柱下方做空腔隔斷可以切換B柱與門檻空腔的連通，為避免零件過長(zhǎng)導(dǎo)致黏貼不便，采用三段式黏貼,如圖4所示。

圖4 B柱下部空腔隔斷

2.1.4 C柱上部

阻斷C柱與后側(cè)圍，內(nèi)外腔各黏貼一段擠出型熱膨脹材料，如圖5所示。

圖5 C柱上部空腔隔斷

2.2 聲學(xué)包材料設(shè)計(jì)優(yōu)化或取消

對(duì)該款車的所有聲學(xué)包材料進(jìn)行梳理，挑選存在降成本空間的零件，如圖6所示，部分零件做設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要方案為材料變更，如半固化氈更換為玻璃纖維、降低材料克重比等，在略微降低聲學(xué)包性能的同時(shí)，平衡質(zhì)量、成本等零件屬性；還有部分零件，評(píng)估其不在主要聲傳遞路徑上或?qū)φ嘚VH屬性影響較小的，直接配置優(yōu)化，做取消處理。

圖6 聲學(xué)包材料優(yōu)化方案

3 實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 氣密性測(cè)試

使用整車氣密性測(cè)試臺(tái)對(duì)樣車進(jìn)行氣密性測(cè)試及對(duì)比。測(cè)試設(shè)備向車內(nèi)吹入空氣，若車內(nèi)存在泄漏，則會(huì)產(chǎn)生壓降，此時(shí)風(fēng)機(jī)根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)的壓力數(shù)據(jù)，調(diào)整風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)做補(bǔ)償，當(dāng)壓力達(dá)到穩(wěn)定的工況時(shí)，風(fēng)機(jī)所補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)量即為汽車車體的泄漏量。

如圖7所示，將樣車的左前玻璃降下，把連有風(fēng)管的擋板固定在車窗玻璃位置，并對(duì)擋板與車身貼合的四周做密封處理。關(guān)閉車門、天窗、后備廂和引擎蓋，將空調(diào)切換為內(nèi)循環(huán)模式，啟動(dòng)測(cè)試臺(tái)風(fēng)機(jī)。

圖7 實(shí)車氣密性測(cè)試

圖8是整車氣密性測(cè)試得到的壓力-流量關(guān)系曲線，在250 Pa壓力下，測(cè)得氣密性提升后的樣車泄漏值從125.2 L/s降低到了84.4 L/s，較基礎(chǔ)樣車下降約32.5%，整車氣密性改善效果顯著。

圖8 樣車空腔隔斷前后壓力-流量試驗(yàn)值

3.2 道路試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)?zāi)康募霸O(shè)備

實(shí)車道路試驗(yàn)的目的是測(cè)量被測(cè)車輛在動(dòng)態(tài)行駛時(shí)不同工況下的車內(nèi)噪聲特性，并對(duì)比不同樣車狀態(tài)之間的噪聲聲壓級(jí)表現(xiàn)，從而考查空腔隔斷措施和聲包裹優(yōu)化措施對(duì)整車車內(nèi)噪聲的影響。

信號(hào)采集設(shè)備見圖9，在駕駛座左耳、副駕駛座右耳、第二排左側(cè)乘客座左耳、第二排右側(cè)乘客座右耳4個(gè)位置布置麥克風(fēng)，在空氣濾清器殼體、座椅導(dǎo)軌處布置加速度傳感器。每個(gè)車輛在各測(cè)試工況下測(cè)量3組數(shù)據(jù)，并將3組數(shù)據(jù)處理后取均值，總結(jié)為1組數(shù)據(jù)供對(duì)比。

測(cè)試前先隨機(jī)抽取5臺(tái)常規(guī)下線的量產(chǎn)車，對(duì)5臺(tái)車做氣密性測(cè)試和首輪NVH評(píng)估，從中挑選3臺(tái)數(shù)據(jù)最接近的。這樣做能夠降低由于車輛一致性存在差異導(dǎo)致的試驗(yàn)數(shù)據(jù)失實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，確保最終結(jié)果能夠針對(duì)性地反映相關(guān)措施對(duì)車輛的影響。保留一輛作為基準(zhǔn)車(下稱A車)；一輛在量產(chǎn)車基礎(chǔ)上搭載降成本的聲包裹優(yōu)化方案，拆解更換部分聲包裹(下稱B車)；一輛在量產(chǎn)車基礎(chǔ)上既搭載降成本方案，同時(shí)又采用氣密性提升方案，對(duì)空腔進(jìn)行隔斷處理(下稱C車)。

圖9 樣車傳感器布置

3.2.2 測(cè)試結(jié)果

3.2.2.1 加速狀態(tài)

如圖10所示，在加速狀態(tài)下，采集的同時(shí)搭載氣密性提升措施和聲包裹優(yōu)化措施的樣車(曲線3)的聲壓，比另外兩輛車要低1～2 dB，實(shí)車的主觀駕駛評(píng)估也略好，降成本樣車低頻結(jié)構(gòu)噪聲有所惡化。

圖10 加速狀態(tài)下聲壓級(jí)比較

此外數(shù)據(jù)顯示：(1)測(cè)試3臺(tái)車的數(shù)據(jù)在1 500～2 000 r/min有明顯惡化趨勢(shì)，從CAE及NVH測(cè)試結(jié)果(見圖11)可以得出頂棚存在64 Hz模態(tài)，因此建議不對(duì)頂棚的阻尼做優(yōu)化；(2)從主觀感覺及客觀測(cè)試可以明顯感覺到：在低轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱噪聲主要從中央通道傳遞到車內(nèi)，因此不建議取消中通道隔音墊。

圖11 1 500～2 000 r/min趨勢(shì)及頂棚模態(tài)

3.2.2.2 勻速狀態(tài)

如圖12所示：在5擋100 km/h的巡航狀態(tài)下，氣密性提升的樣車高頻有所優(yōu)化，整車前排聲壓級(jí)無明顯變化，氣密性樣車后排有明顯優(yōu)化，搭載氣密性提升措施和聲包裹優(yōu)化措施的樣車(藍(lán)色曲線)采集的數(shù)據(jù)顯示，比另外兩輛車要低1～2 dB。

圖12 勻速狀態(tài)下聲壓級(jí)比較

4 結(jié)束語

根據(jù)聲傳遞路徑和旁路空腔理論，針對(duì)某型車制定并應(yīng)用空腔隔斷技術(shù)，并對(duì)該車部分聲學(xué)包材料進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化或取消處理。實(shí)車氣密性試驗(yàn)及道路試驗(yàn)顯示：采用空腔隔斷技術(shù)后，車輛氣密性水平大幅提升；同時(shí)搭載空腔隔斷技術(shù)和聲學(xué)包優(yōu)化方案的車輛相比基礎(chǔ)車型，整車頻域聲壓級(jí)也有提升，整車NVH性能有所提高。

在汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，汽車制造商都在致力于提供給客戶性能更好、價(jià)格更低的產(chǎn)品，而車企對(duì)成本也愈發(fā)敏感。在合理的成本控制下，運(yùn)用合適的技術(shù)有的放矢，在滿足車輛屬性目標(biāo)前提下，可降低整車成本。文中研究為整車NVH性能開發(fā)和整車成本控制提供一種新的思路。

【1】龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動(dòng)——理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2006.

【2】張思文,龐劍,張軍,等.基于局域共振聲子晶體結(jié)構(gòu)的汽車空腔阻隔材料[J].汽車工程,2015,37(10):1180-1184.

ZHANG S W,PANG J,ZHANG J,et al.Cavity Filler with the Structure of Local Resonant Phononic Crystals for Vehicle Body[J].Automotive Engineering,2015,37(10):1180-1184.

【3】王小留.車身旁路噪聲的抑制與阻斷研究[J].輕型汽車技術(shù),2012(9):22-24.

【4】FASSE M.The Current State of Pre-Formed Versus Bulk Cavity Filler Technologies in the Automotive,Medium Duty and Heavy Truck Markets[C]// 2013 SAE International,2013.

【5】FASSE M,BRICHET N.Innovative Thermoplastic Cavity Filler Design Solution[C]//2013 SAE International,2013.

【6】MORI T,TAKAOKA A,MAUNDER M.Achieving Vehicle Level Noise and Vibration Targets[C]// 2005 Noise and Vibration Conference Proceeding,SAE,2005.

【7】齊海東,張俊華.車身空腔用膨脹膠塊聲學(xué)性能影響因素分析[J].粘接,2014(9):76-79.

QI H D,ZHANG J H.Analysis of Factors to Influence Acoustic Performance of Expandable Baffles Used in Body Cavities[J].Adhesion,2014(9):76-79.

中國汽車工程學(xué)會(huì)第十九屆汽車安全技術(shù)國際會(huì)議成功舉辦

中國汽車工程學(xué)會(huì)一直致力于汽車技術(shù)的推進(jìn)工作，汽車安全技術(shù)委員會(huì)每年都召開年會(huì)，組織行業(yè)人員進(jìn)行汽車安全技術(shù)的研討。日前，由中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車安全技術(shù)分會(huì)主辦，上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心、同濟(jì)大學(xué)以及上海汽車等機(jī)構(gòu)共同承辦的第十九屆中國汽車安全技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議在上海國際汽車城科技創(chuàng)新港舉行，國內(nèi)外汽車安全技術(shù)領(lǐng)域的專家與車企代表共320余人參會(huì)。本屆汽車安全技術(shù)年會(huì)共收到80余篇學(xué)術(shù)論文，在交流活動(dòng)中與會(huì)代表就“汽車碰撞安全性及輕量化”、“碰撞生物力學(xué)及乘員約束系統(tǒng)”、“交通事故深度分析及汽車安全性能評(píng)價(jià)”、“智能安全技術(shù)”、“VRU (Vulnerable Road User) 安全技術(shù)”及“電動(dòng)汽車安全技術(shù)”6個(gè)專題展開了交流和研討，并在國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(上海)示范區(qū)今年6月7日建成開園的智能網(wǎng)聯(lián)汽車封閉試驗(yàn)區(qū)體驗(yàn)到了先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)和V2X避撞技術(shù)。

在論壇主題演講上，上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心總經(jīng)理兼大會(huì)主席沈劍平發(fā)表致辭。來自法國的UTAC Cream集團(tuán)的Mickael GENDROT先生、上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心的蒼學(xué)俊副總經(jīng)理以及必維國際檢驗(yàn)集團(tuán)大中華區(qū)汽車事業(yè)部副總經(jīng)理徐超先生，在上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心總經(jīng)理沈劍平、中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車安全技術(shù)分會(huì)委員會(huì)主任委員周青以及必維國際檢驗(yàn)集團(tuán)大中華區(qū)汽車事業(yè)部總經(jīng)理何曄棟先生的見證下正式簽署雙邊戰(zhàn)略合作協(xié)議。今后，三方將結(jié)合各自優(yōu)勢(shì)及中外資源在EuroNCAP、汽車安全技術(shù)以及汽車產(chǎn)業(yè)的其他領(lǐng)域進(jìn)行廣泛且深入的合作。

與往年不同的是，借助上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司新能源汽車國家檢測(cè)方面的行業(yè)地位，以及在該領(lǐng)域具有的資源優(yōu)勢(shì)，本次大會(huì)中國汽車工程學(xué)與上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司通力合作，首次設(shè)立電動(dòng)汽車電安全技術(shù)研討專題會(huì)場(chǎng)。在電動(dòng)汽車安全技術(shù)分會(huì)上，來自上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司的謝先宇博士，就車用動(dòng)力電池試驗(yàn)安全防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了深入介紹。

安全是汽車永恒的話題，“時(shí)代給予我們更新、更高的技術(shù)手段，但面對(duì)日趨復(fù)雜的車輛系統(tǒng)以及道路交通環(huán)境我們也面臨更高的挑戰(zhàn)”。上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司總經(jīng)理兼大會(huì)主席沈劍平在大會(huì)致辭中說到“汽車安全技術(shù)的發(fā)展必將因此而進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，這也給本次會(huì)議賦予了更高的使命，給我們汽車工作者提出了新的挑戰(zhàn)”。其中，碰撞生物力學(xué)及乘員約束系統(tǒng)分會(huì)場(chǎng)由來自上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心技術(shù)支持(研究)部部長(zhǎng)于峰先生主持。會(huì)議就兒童座椅預(yù)緊器的應(yīng)用研究、碰撞測(cè)試假人胸部沖擊響應(yīng)的分析及模擬等話題進(jìn)行了分享與討論。

(來源：俞慶華)

Cavity Filler Application Based on Air-tightness Improvement and Cost Control

LI Zhengrui，HUANG Chaoyong，XIE Mingrui，WANG Yeyun，ZHANG Wen

(Jiangling Motors Co., Ltd., Nanchang Jiangxi 330001,China)

In order to further improve the vehicle air-tightness level, while to balance the vehicle attribution and cost, cavity filler design was used to make up for the vehicle NVH performance loss, after some sound package materials were optimized or removed. The vehicle NVH level was evaluated by doing road-test. According to the gathered data, comparing with the production model, the modified one shows better performance at both air-tightness and acoustic pressure level inside car. The results show that under certain conditions, the vehicle air-tightness and NVH performance are positively correlated. This design solution meets the vehicle attribution requirements, meanwhile reduces cost, which provides new thought for vehicle NVH performance development and cost control.

Cavity filler; Air-tightness; NVH; Cost control

2016-06-27

李政銳(1989—)，本科，工程師，研究方向?yàn)檐嚿韮?nèi)外飾產(chǎn)品開發(fā)及質(zhì)量改進(jìn)、整車聲包裹件NVH改善提升。E-mail：vincent1021@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.005

U461.4

A

1674-1986(2016)09-023-06