电动汽车软饰声学包设计浅析.pdf

122023(9-10)技术纵横轻型汽车技术电动汽车软饰声学包设计浅析谭舒天柳铮（上汽集团创新研究开发总院）摘要：随着能源与环境问题愈发突出，电动汽车作为一种战略性新兴产业，能够有效缓解环境与生态问题，实现国家生态文明建设目标。相对于传统燃油车，电动车没有内燃机噪声，但增加了其他噪声来源。目前国内主机厂对不同动力系统的车型采用同样的声学包设计方式，不能对电动车噪音进行优化，也不满足电动车的轻量化需求。本文对电动汽车的软饰件声学包设计策略及设计方案进行分析，为今后电动汽车声学包的设计提供可借鉴方案。关键词：汽车声学包电动汽车内饰设计1引言随着“碳达峰”和“碳中和”的双碳目标提出，未来经济发展的趋势已逐渐浮现，即要提升能源利用效率并提高非化石能源消费比重。交通运输是涉及碳排放的重点领域，要想加快交通运输体系的建设，就需要推广使用低碳型交通工具，优化交通运输结构，因而纯电汽车的研发成为汽车行业发展过程中的一个重要内容。与传统汽车具有大量NVH（噪音、振动和不舒适感）等问题类似，纯电汽车也面临着一些NVH问题，但与传统内燃机汽车噪声特性存在差异。如图1所示，传统汽车的驱动系统为内燃机，这是燃油汽车的主要噪声来源，而其他噪声源的噪声往往被内燃机噪声所掩盖，因而传统汽车主要关注点为降低内燃机所带来的噪声，对其他噪声源关注较小。纯电动车没有内燃机、油箱、进排气系统，取而代之的是纯电力驱动单元与电池组。与传统内燃机汽车噪声相比，纯电汽车的中高频噪声成分增加，并且其噪声比传统汽车更小，但当发动机掩蔽效应消失时,附件噪声明显。例如,Cao1231-发动机及变速器总成：2-电池：3-电机及变速器总成图1燃油车与纯电车结构布置对比132023(9-10)技术纵横轻型汽车技术等人对纯电动汽车外部噪声进行研究，数据表明轮胎噪声是纯电车外部噪音的主要贡献者，通过轮胎传递到车辆乘客舱。同时，纯电汽车的噪声源分布表现更加分散,并增加了新的噪声源。如变速箱啸叫、电池冷却系统的空气动力噪声、电子功率控制器控制噪声汽车声学包装是汽车声学处理装置，通过在传递路径上布置吸隔声材料降低了噪声的传播，从而降低了车内噪声。相较于声源或接收位置进行降噪，其成本更低。重量是影响电动车性能的一个重要因素，电动车的轻量化设计可以显著增加巡航里程并降低成本，但是目前大部分主机厂针对不同动力版本的同一车型采用同样的声学包组成，这无法对纯电动车进行针对性的降噪、降本以及减重。因此本文针对电动汽车的特点，浅析电动汽车的软饰件声学包设计策略及设计方案。2电动汽车软饰件声学包设计理论软饰件声学包是对乘客舱、行李舱和前舱的噪声和振动进行处理的系统。通过对从车身输人的噪声和振动进行过滤，提供良好的声音舒适性，同时还要给与乘人员舒适、便利、美观和高品质的印象。板隔音垫等隔音垫组成。声学包材料应具备吸声与隔声特性。其中隔声材料是通过将外界声源与乘员的接收环境隔离开来，以降低环境噪声。其材料致密且面密度高，主要是以EVA（乙烯醋酸乙烯酯共聚物）EPDM(丙烯乙烯非共轭二烯烃共聚物）为基体，添加能够提高材料面密度的无机填料的复合材料。其能力用声传递系数来表示：EtT=Ei其中Et代表材料的透射声能、Ei代表材料的人射声能、当T0时说明入射能被全部反射，材料隔声性能好，当T=1时则说明人射能全部透过了结构，隔声效果差。当声音从空气人射到材料表面时，一部分声能被吸收，这种材料被称为吸声材料。材料吸声的原理是将声能转化为热能。在软饰件常用的吸声材料有PU(聚氨酯)发泡、PET(聚对苯二甲酸类塑料)毛毡、玻璃纤维、树脂纤维以及吸音棉。吸声材料也具有一定的隔声作用，隔声材料也具有吸声作用，二者并不是独立的，在实际应用中，往往是二者组合起来，将进人的声波不断入前舱声学包乘客舱声学包行李厢声学包发盖隔音垫前围内隔音垫后轮罩隔音垫地板地毯总成行李箱地板隔音垫前围外隔音垫后座椅下隔音垫图2软饰件声学包组成如图2 所示，汽车软饰件声学包部分由发盖隔音垫、前围外隔音垫、前围内隔音垫、地板地毯总成、后座椅下隔音垫、后轮罩隔音垫、行李箱地射、反射与衰减，最后达到降低声音的目的。3纯电软饰声学包设计策略针对纯电汽车声学包设计应考虑以下几个142023(9-10)技术纵横轻型汽车技术方面：1)隔音效果：材料应具有良好的隔音效果。声学包产品应尽可能覆盖车身，两个相邻的声学产品应该保持有足够重叠区域，以使整车具有连续的声学性能。声学产品应减少自身开孔数量与开孔面积。2)轻量化：选材设计需要轻量化，以减少车辆的整体重量，提高电动车的续航里程。3)耐久性：声学包需要具有较好的耐久性，能转产生的热量以避免长时间高温作用对发动机舱盖面漆的损害。在纯电车型中，可以考虑设计方案如表1所示。将PUR更换为成型毡、玻纤板或玻璃纤维，可以降低成本，改善吸隔声性能，但重量也有所提升。取消发动机后也可适当减薄PUR，以降低声学包成本及重量，对整车声学性能影响不大。目前ModelY、埃安等车型取消了前舱盖隔音垫设计，显著降低了成本及重量，但钣金外漏在汽车整体美观性上有一定影响。表1前舱隔音垫方案序号材料方案特点1PET无纺布+PET成型毡+PET无纺布成本高重量增加2PET无纺布+PP玻纤板+PET无纺布成本高3PET无纺布+玻璃纤维+PET无纺布成本低重量增加4减薄PUR成本低重量降低吸隔音性差成本低重量降低吸隔音性差5取消隔音垫影响美观性够在长时间使用过程中保持隔音效果。其材料应能耐受热老化、湿度老化、低温试验、耐霉菌等。4)环保性：选材需要具有良好的环保性能，符合电动汽车节能减排的理念。自身甲醛散发、气味特性、有害物质应在法规要求范围内。4纯电软饰声学包选材与传统燃油车相比，纯电车型取消了发动机结构，没有发动机噪声与进排气噪声，因而在纯电汽车的前舱声学包设计上可以考虑更改材料、减薄及取消部分声学包零件。如前舱盖隔音垫，燃油车通常使用PUR材料。其在燃油车中的作用为吸收发动机运转时产生的噪声，以及吸收发动机运前围内隔音垫在传统燃油车中起到阻隔发动机噪声向乘客舱传递的作用。通常选用的材料为EVA+PU组合,EVA材料作为一种优异的隔声材料，可以有效提高材料的声学性能，但是其材料密度较大，增加了整车重量，不利于电动汽车的轻量化需求，而PU泡沫的成本较高。EVA+PU重隔声材料组合的传统材料方案隔声性能较好，但吸声性能较差，且重量大。在纯电汽车中考虑到没有了发动机噪声以及汽车轻量化要求，应在满足系统的隔声性能要求下，最大化的应用吸声材料，从而进一步提升车内乘客语音清晰度。参考的设计方案如表2 所示。采用硬毡加HMP3(纤维注塑)工152023(9-10）技术纵横轻型汽车技术艺可以保持传统方案的良好吸隔声性能，同时降低重量实现轻量化，提升了电动汽车的续航性能。ABA(absorption-barrier-absorption)分层结构由两层吸声材料夹一层隔声层组成。相较于传统材料方案，ABA材料结构质量轻、成本低，并提高了吸隔声性能，降噪性好，车内声品质得到改善。如Zhang等3 人将PE膜与双密度毡制备成ABA结构前围内隔音垫，吸隔音性良好，且质量降低了5 5%。要应用在低档车型。PA面料的外观品质比PET视觉效果更好，但其成本也相对更高。两者的基材通常有EVA和成型毡的两种选择。其中EVA基材的声学性能更优异,但重量也显著增加。因而在高端车型电动车毯面可以选择PA材料，中端车型上应用PET材料,基材选用成型毡以降低重量，实现轻量化目标。后轮罩隔音垫，目前燃油车主要选用材料为EVA+PU组合，具有较优异的吸隔声性能，但考虑表2前围内隔音垫方案序号材料方案特点1EVA+PU传统方案吸隔声性好成本高2EVA+HMP3吸隔声性好成本高3硬毡+HMP3吸隔声性好成本高重量轻4毡+PE膜+毡成本低重量轻吸隔声性好5CIM+PU吸隔声性好成本高与钣金贴合好汽车地毯总成，作为乘客舱重要的内覆盖件，可以覆盖车身钣金等可视区域，其作用除了美化与装饰外，也是重要的声学包零部件，对整车NVH和乘客感官有重要影响作用。目前汽车主地毯主要由PET针刺起绒地毯、PA簇绒地毯及单层PET植绒针刺地毯组成。PET发泡地毯、PA发泡地毯的断面示意图如图3所示，其声学吸隔声性能优异，降噪性明显，主要应用在中高档车型中。单层PET植绒针刺地毯中间层主要为定型胶和背层PE淋膜，声学性能较差，重量较轻成本较低，主到电动车轻量化目标，可以选用相对重量更轻的成型毡、吸音棉+废纺毡组合等材料替代，可以在满足后轮罩隔音垫应具备的吸隔声需求，同时又显著减低重量。对于中高端纯电动车，聚酰亚胺纤维或竹纤维是也是可作为后轮罩隔音垫材料的选择,聚酰亚胺纤维是一种高性能材料,其隔音效果优异、质量轻、耐久性强，环保性好，但价格相对较高。竹纤维是新兴的隔音材料，同样具有良好的吸隔音效果并具有较轻的质量，其价格也相对更低，是中高端电动车产品的潜在应用材料。162023(9-10)技术纵横轻型汽车技术121-PET针刺起绒地毯；2-PA簇绒地毯+图3地毯断面示意图5结束语声学包系统能够降低整车噪声，给与乘员良好的汽车声品质，使其对车辆品牌产生舒适的印象。因此，选用适合的声学包材料尤为重要。本文通过对电动汽车的软饰件声学包设计策略及设计方案进行分析，为今后电动汽车声学包的设计提供可借鉴方案。参考文献1 Cao Y,Zhao T,Li C,et al.Exterior NoiseSource Identification And Contribution AnalysesFor Electric Vehicles J.SAE technical paper 2016-01-1324.2016.2 Wu X,Shao J.Optimization of AcousticPerformance of a Vehicle Dash Sound Package C.INTER-NOISE and NOISE-CON Congress andConference Proceedings.2016.3Zhang J,Jian P,Zhang S,et al.ALightweight Dash Insulator Development and Engi-neering Application for the Vehicle NVH Improve-mentC.SAE Noise&Vibration Conference&Exhibition.2015.