Как автомобилните акустични материали подобряват комфорта в кабината | NVH Guide

Как автомобилните акустични материали подобряват комфорта в кабината

За производителите на оригинално оборудване в автомобилната индустрия и инженерите от първи клас, комфортът в кабината не е просто намаляване на няколко децибела.

Ефективното автомобилно акустично инженерство започва с три основни въпроса:

• Откъде идва шумът?
• Как се вкарва в кабината?
• Кой материал или структурно решение е най-подходящ за контрола му?

В автомобилното NVH инженерство, шумът обикновено достига до купето по два основни пътя:

• Въздушен шум
• Структурен шум

Разбирането на разликата между тези два пътя на предаване е от съществено значение при избора на автомобилни акустични абсорбатори, изолационни материали, демпферни слоеве, разделители и многослойни акустични системи.

Бърз отговор

Автомобилните акустични материали подобряват комфорта в кабината, като контролират звука и вибрациите чрез няколко различни механизма.

Порестите влакнести материали се използват главно за абсорбиране на въздушен звук.

Амортисьорните материали помагат за намаляване на вибрациите на панела.

Бариерните слоеве намаляват предаването на звука.

Разделящите материали помагат за ограничаване на преноса на вибрации между конструкциите.

В реални приложения на превозни средства тези функции често се комбинират в интегриран акустичен пакет, вместо да се разчита на един-единствен материал за решаване на всеки проблем с шума, вибрациите и вибрациите.

1. Какво е автомобилно шумово-вибриращо (NVH)?

NVH означава:

• Шум
• Вибрация
• Грубост

Заедно тези фактори силно влияят на това как водачите и пътниците възприемат комфорта и качеството на превозното средство.

Шум

Шумът се отнася до звука, чуван от пътниците в превозното средство.

Типичните източници на автомобилен шум включват:

• Шум от гуми и път
• Шум от вятъра
• Шум на двигателя
• Шум от електрически двигател
• Виене на зъбни колела
• Шум от ОВК системата
• Шум на охладителната система
• Излъчване на корпуса

Различните честотни диапазони създават много различни субективни впечатления.

Нискочестотният шум може да се възприеме като:

• бума
• тътен
• монотонно мърморене

Високочестотният шум може да се възприеме като:

• плачлив
• съскане
• остър тонален шум
• високочестотен шум от електрически двигател

Ето защо общото ниво на звуково налягане само по себе си не може да опише напълно акустичните качества на кабината.

Вибрация

Вибрацията произлиза от механично възбуждане.

Типичните източници включват:

• Взаимодействие гума-път
• Движение на окачването
• Възбуждане на силовото предаване
• Електродвигатели
• Скоростни системи
• Структурен резонанс

Тези вибрации могат да се разпространяват през:

• Компоненти на окачването
• Подрамки
• шаси
• Панели на тялото
• Релси на седалките
• Кормилни системи

Някои вибрации се възприемат директно от обитателите.

Други възбуждат панелите на каросерията, които след това излъчват звук в кабината.

Грубост

Остротата се отнася повече до субективното възприятие за вибрациите на превозното средство и качеството на звука, отколкото до един-единствен физически параметър.

Примерите включват:

• Силен удар при шофиране по неравности на пътя
• Прекомерна нискочестотна вибрация
• Бучене на кабината при определени скорости на превозното средство
• Неприятен структурен резонанс

Следователно целта на доброто NVH инженерство не е да елиминира всеки звук.

Това е за контрол на нежеланата акустична и вибрационна енергия.

2. Как шумът прониква в кабината на превозното средство?

От гледна точка на пътя на предаване, шумът в автомобилната кабина може да бъде разделен на две основни категории:

Въздушен шум

намлява

Структурен шум

Тези два механизма изискват различни стратегии за контрол.

3. Какво е въздушен шум?

Въздушният шум е звукова енергия, която се разпространява предимно във въздуха, преди да достигне до купето на автомобила.

Например, взаимодействието между гумата и пътя генерира акустична енергия около областта на колелото.

Част от този звук се разпространява във въздуха и може да проникне в превозното средство през пода, арките на колелата, вратите или други конструкции на каросерията.

По подобен начин, вентилаторите за отопление, вентилация и климатизация генерират звук, който се разпространява директно през въздуховодите и кабината.

Типичните източници на въздушен шум включват:

• Шум от вятъра
• Шум от радиация от гуми
• Шум от ОВК системата
• Шум от охлаждащия вентилатор
• Шум от външен трафик
• Някакъв шум от електрически двигател
• Някакъв шум от силовото предаване

След като въздушният звук навлезе в кабината, той може да се отразява многократно от вътрешните повърхности.

Ако интериорът на автомобила е с недостатъчно звукопоглъщане, звуковата енергия може да продължи да се отразява от зони като:

• Покрив
• звезда
• Врати
• Табло
• Етаж
• Багажник

Това увеличава акустичната енергия, възприемана от обитателите.

Ето защо звукопоглъщащите материали се използват широко в целия интериор на автомобила.

4. Как влакнестите автомобилни акустични материали абсорбират звука?

PP/PET влакнестите акустични материали са типични порести звукопоглъщатели.

Когато звукова вълна навлезе в оптичната мрежа, въздушните частици се движат през сложна пореста структура.

По време на този процес акустичната енергия се намалява чрез механизми като:

• Триене между въздуха и влакната
• Вискозни загуби
• Термичен обмен
• Разсейване на енергия, причинено от въздушния поток през порестата мрежа

Малка част от акустичната енергия в крайна сметка се преобразува в топлина.

В резултат на това по-малко звукова енергия се отразява обратно в кабината.

Това е основният принцип, на който са базирани влакнестите автомобилни акустични абсорбатори.

5. Защо само дебелината не е достатъчна?

Често срещано предположение е, че по-дебелият акустичен материал винаги се представя по-добре.

В действителност, звукопоглъщането в автомобила зависи от много параметри, включително:

• Дебелина
• Основно тегло
• Плътност
• Диаметър на влакното
• Структура на влакната
• шупливост
• Съпротивление на въздушния поток
• Коефициент на компресия
• Условие за монтаж
• Целевият честотен диапазон

Един от най-важните параметри е съпротивлението на въздушния поток.

Ако материалът е твърде отворен, звукът може да преминава лесно, но взаимодействието между движещия се въздух и оптичната мрежа може да е недостатъчно.

Ако материалът е твърде плътен, твърде много звук може да се отрази на повърхността, вместо да навлезе в порестата структура.

Следователно, високоефективните акустични материали изискват подходящ баланс между:

Порьозност, структура на влакната и съпротивление на въздушния поток.

6. Какво е структурен шум?

Структурният шум започва като механични вибрации, предавани през конструкцията на превозното средство.

Типичен пример е:

Възбуждане на пътя

↓

Вибрации на гумите

↓

окачване

↓

подрамка

↓

Каросерия на превозното средство

↓

Вибрация на каросерията

↓

Звуково излъчване в кабината

Последният звук може все още да се чуе във въздуха, но първоначалният път на предаване е бил структурен.

Това е ключовата разлика между структурния шум и шума, пренасян по въздух.

7. Защо акустичният фибър не може да реши всички проблеми с структурния шум?

Това е едно от най-важните отличия в автомобилното акустично инженерство.

Порестите акустични влакна са предназначени главно за абсорбиране на въздушно-звукова енергия.

Ако основният проблем е силна вибрация на панел на врата, подов панел, кормилна кабина или друг структурен компонент, добавянето само на повече акустични влакна няма да елиминира първопричината.

Структурният шум обикновено изисква комбинация от няколко метода за контрол.

Амортизиращи материали

Амортисьорните слоеве се използват за намаляване на амплитудата на вибрациите в метални или композитни панели.

Типичните области на приложение включват:

• Външни панели на вратата
• Подови панели
• Зони на рулевите рубки
• Панели на багажника
• Листова метална конструкция на каросерията

Разделящи материали

Разделящите слоеве спомагат за намаляване на механичното свързване между структурите.

Те са важни и в многослойни акустични системи, където е необходим съвместим слой между бариерата и каросерията на превозното средство.

Бариерни материали

Бариерните слоеве се използват за намаляване на предаването на звук.

Те обикновено разчитат на по-голяма повърхностна маса или многослойна конструкция, за да подобрят загубите при предаване.

Абсорбиращи материали

Абсорбиращите слоеве намаляват енергията на въздушния звук, след като тази енергия достигне кабината или акустичния пакет.

В практическото проектиране на превозни средства тези функции често се комбинират като:

Демпфиране + Разделяне + Бариера + Абсорбция

8. Въздушният и структурният шум често са свързани

При проблеми с шума, вибрациите и вибрациите в реални превозни средства, въздушните и структурните механизми не са напълно независими.

Например:

Възбуждането от пътя първо генерира механични вибрации.

Тази вибрация се разпространява през окачването и структурата на каросерията.

След това панелът на каросерията е възбуден.

Вибриращият панел излъчва звук във въздуха в кабината.

Следователно пълният път може да бъде:

Възбуждане на пътя

↓

Структурни вибрации

↓

Вибрации на каросерията

↓

Въздушно звуково излъчване

↓

Възприятие на пътниците

Поради тази причина, инженерите по NVH (шум, вибрации и вибрации) на производителите на оригинално оборудване не питат просто дали проблемът е причинен от въздуха или от конструкцията.

Те трябва да разберат:

• Кой източник е доминиращ?
• Кой път на трансфер допринася най-много?
• Кой честотен диапазон се нуждае от подобрение?

9. Различните честотни диапазони изискват различни NVH стратегии

Нито един отделен материал не може ефективно да реши всеки проблем с шума в целия честотен спектър.

Различните честотни диапазони обикновено изискват различни инженерни стратегии.

Ниска честота

Проблемите с ниските честоти често са свързани с:

• Режими на тялото
• Структурна вибрация
• Панелен резонанс
• Възбуждане на окачването
• Възбуждане на силовото предаване

Сериозните проблеми с ниските честоти обикновено не могат да бъдат решени само с леки порести абсорбатори.

Типичните решения могат да включват:

• Структурна оптимизация
• дъмпинг
• Виброизолация
• Оптимизация на монтирането
• Оптимизация на твърдостта на тялото

Средна честота

Средночестотният шум често изисква комбинация от:

• дъмпинг
• Разделното
• Изпълнение на бариера
• Поглъщане на звука

Средна до висока честота

Влакнестите порести абсорбатори са особено полезни в средно- до високочестотния диапазон.

Акустичните им характеристики могат да бъдат настроени чрез регулиране на:

• Дебелина
• Основно тегло
• Структура на влакната
• Съпротивление на въздушния поток

Ето защо автомобилните акустични материали не трябва да се оценяват по една единствена стойност на абсорбция.

Пълната крива на поглъщане в съответния честотен диапазон е много по-смислена.

10. Защо електрическите превозни средства променят изискванията за акустични материали?

Електрическите превозни средства не улесняват инженерството по отношение на шума, вибрациите и вибрациите.

Те променят спектъра на шума.

В превозните средства с двигател с вътрешно горене шумът от двигателя създава сравнително силен фонов звук, който може да маскира други източници на шум.

При електрическите превозни средства този маскиращ ефект е намален.

В резултат на това, по-малко забележими преди това звуци могат да станат по-забележими, включително:

• Шум от гуми
• Шум от пътя
• Шум от вятъра
• Виене на електрически мотор
• Шум от предавките
• Тонален шум на инвертора
• Шум от ОВК системата
• Шум от охладителната система

Следователно, акустичният дизайн на електрическите превозни средства поставя по-голям акцент върху:

• Широколентова абсорбция на звука
• Контрол на шума от средни до високи честоти
• Олекотяване
• Интеграция на материали
• Локална акустична оптимизация

11. Защо леките акустични материали стават все по-важни?

Добавянето на повече NVH материал може да подобри акустичните характеристики.

Допълнителният материал обаче увеличава и масата на превозното средство.

Това може пряко да повлияе на:

• Тегло на превозното средство
• Енергийна консумация
• Пробег на електрически автомобили
• Производствени разходи
• Сложност на монтажа

Поради тази причина целта не е просто да се добави още материал.

Целта е да се постигнат необходимите акустични характеристики с по-ниско тегло и по-малко място за монтаж.

Това е едно от основните предимства на влакнестите автомобилни акустични материали.

Чрез коригиране:

• Състав на влакната
• Основно тегло
• Дебелина
• Плътност
• Структура на слоя

Материалът може да бъде оптимизиран за различни местоположения и платформи на превозни средства.

12. Къде се използват автомобилни акустични материали?

Различните зони на превозните средства имат различни акустични изисквания.

Покрив и таван

Типичните опасения включват:

• Шум от вятъра
• Реверберация в кабината
• Шум от удари на дъжд
• Широколентова абсорбция на звука

Ниското тегло е особено важно в тази област.

Врати

Системите на вратите могат да бъдат засегнати от:

• Външен въздушен шум
• Вибрация на панела на вратата
• Резонанс на кухината
• Взаимодействие с говорещия

Поради тази причина акустичните системи за врати често изискват както абсорбиране, така и структурен контрол на вибрациите.

Защитна стена и област на таблото за управление

Това е една от най-важните зони за контрол на шума, вибрациите и вибрациите (NVH).

Типичните източници на шум включват:

• Шум от силовото предаване
• Шум от пътя
• Шум от ОВК системата
• Структурна радиация

Тук обикновено се използват многослойни акустични системи, а не единичен абсорбатор.

Етаж

Типичните опасения включват:

• Възбуждане на гуми от път
• Шум от окачването
• Шум под каросерията
• Структурна вибрация

Често срещаните подови акустични системи могат да включват:

Абсорбатор + Разединител + Бариера

с локализирано затихване, където е необходимо.

Арка на колелото

Зоната около колелата е един от най-важните източници на шум в превозното средство.

Акустичните материали, използвани тук, може да е необходимо да се обърне внимание на:

• Шум от гуми
• Възбуждане на пътя
• Удар на камък
• Излагане на вода
• замърсяване

Следователно, при избора на материал трябва да се вземе предвид и:

• Устойчивост на влага
• трайност
• Устойчивост на замърсяване

Багажник

Възбуждането от задните колела и задната част на каросерията може да въведе значителна акустична енергия в кухината на багажника.

Абсорбиращите материали могат да намалят отражението в кухините и да помогнат за ограничаване на по-нататъшното разпространение на звука към купето.

Стълбове и телесни кухини

Кухините на превозните средства могат да действат като пътища за акустично предаване.

Правилно използване на:

• Акустични абсорбатори
• Филъри за кариеси
• Уплътнителни системи

може да намали предаването на звук през тези зони.

13. Кои параметри на материалите трябва да оценят OEM инженерите?

Автомобилните акустични материали не трябва да се оценяват само по това дали са „добри в абсорбирането на звук“.

По-пълната оценка трябва да включва следните параметри.

Акустична ефективност

• Коефициент на звукопоглъщане
• Честотно-зависима крива на абсорбция
• Съпротивление на въздушния поток
• Съпротивление на въздушния поток

Физични свойства

• Дебелина
• Основно тегло
• Плътност
• Възстановяване от компресия
• Стабилност на размерите

Екологични показатели

• Топлинно съпротивление
• Устойчивост на влага
• Съпротивление на стареене

Автомобилни изисквания

• запалимост
• Производителност на ЛОС
• миризма
• воал
• Съвместимост на материала

Производителност на обработка

• Щанцоване
• Термично
• Напластяване
• Самозалепваща се подложка
• Ламиниране с алуминиево фолио
• Преобразуване на сложна форма

Устойчивост

• Олекотяване
• Рециклируемост
• Опростяване на материалите
• Рециклирано съдържание

14. Защо условията на монтажа са толкова важни, колкото и данните за материалите?

Един и същ акустичен материал може да се представя по много различен начин при различни условия на монтаж.

Важните фактори включват:

• Въздушна междина
• компресия
• Подложка
• Зона за монтаж
• геометрия
• Изтичане по ръб
• Съседни материали
• Многослойна конструкция

Например, материал с дебелина в свободно състояние от 20 мм може да се държи много различно, ако се компресира до 8 мм след монтажа.

Компресията може да се промени:

• шупливост
• Съпротивление на въздушния поток
• Ефективна дебелина
• Акустично изпълнение

Ето защо автомобилните акустични материали не трябва да се оценяват само от лабораторни информационни листове.

Трябва да се вземе предвид и окончателното състояние на монтажа.

15. Автомобилни акустични материали Transulate™

Transulate ™ е серия двукомпонентни влакнести материали от PP/PET, разработени от SINOYQX за приложения в автомобилната акустика и терморегулация.

Материалът е предназначен за приложения, включително:

• Поглъщане на звук от автомобили
• Топлоизолация
• Леки акустични пакети

Типичните области на приложение включват:

• Покрив
• звезда
• От
• Табло
• Firewall
• Етаж
• Багажник
• стълб
• Вътрешна облицовка

В зависимост от проекта, ключовите параметри на материала могат да бъдат персонализирани, включително:

• Основно тегло
• Дебелина
• Плътност
• Структура на влакната
• Структура на ламиниране

16. Как да изберете серията Transulate™

Серия Transulate ™ LT

Типично тегло на основата:

100–200 gsm

Типична дебелина:

10–20 мм

Подходящ за леки приложения като:

• Покрив
• звезда
• От
• стълб
• Вътрешна облицовка

Основният акцент е ниското тегло.

Серия Translate ™ AP

Типично тегло на основата:

300–500 gsm

Типична дебелина:

20–30 мм

Подходящ за:

• Firewall
• От
• Етаж
• Багажник
• Общи акустични пакети

Серия Transulate™ HP

Типично тегло на основата:

600–900 gsm

Типична дебелина:

30–50 мм

Подходящ за приложения, изискващи по-високо звукопоглъщане и където е налично повече място за монтаж.

17. Какви допълнителни опции за обработка са налични?

В зависимост от изискванията на OEM и проекта Tier 1, Transulate™ може да бъде доставен или преобразуван като:

• Rolls
• Листове
• Щанцово изрязани части
• Самозалепващи се части
• Продукти, ламинирани с алуминиево фолио
• Продукти с нетъкан слой
• Многослойни композити
• Персонализирана дебелина
• Персонализирано базово тегло

Крайната акустична структура трябва да бъде избрана според:

Целева честота + място за монтаж + налично пространство + целево тегло

18. Автомобилното акустично инженерство се измества от избор на материали към проектиране на системи

Бъдещето на разработването на автомобилни NVH системи не е просто в определянето на това кой абсорбатор има най-висок коефициент на звукопоглъщане.

По-важните въпроси са:

• Кой източник на шум е доминиращ?
• Кой път на трансфер е най-важен?
• Кой честотен диапазон се нуждае от подобрение?
• Кой материал е най-подходящ за мястото?
• Как може да се постигне целевата производителност с по-малко тегло?

По-ефективен процес на разработка е:

Идентифицирайте източника на шум

↓

Анализирайте пътя на трансфер

↓

Определете целевата честота

↓

Изберете стратегия за управление

↓

Сравнете материала

↓

Валидиране на ниво компонент

↓

Валидиране на ниво превозно средство

Ето как материалните характеристики могат да се превърнат в истински комфорт в кабината.

Заключение

Комфортът в кабината на превозното средство не се контролира от един-единствен материал.

Въздушният шум се управлява главно чрез:

Звукопоглъщане и звукоизолация.

Структурният шум обикновено изисква:

Демпфиране, изолация на вибрациите, разделяне и структурна оптимизация.

Влакнестите автомобилни акустични материали играят важна роля за намаляване на въздушната звукова енергия, ограничаване на отраженията в кабината и подобряване на акустичните характеристики в средно- до високочестотния диапазон.

Това става още по-важно при електрическите превозни средства, където намаленото маскиране на двигателя прави шума от гумите, шума от вятъра и тоналния шум от електрическото задвижване по-забележими.

В същото време производителите на превозни средства продължават да намаляват теглото.

Поради тази причина, следващото поколение автомобилни акустични системи не е свързано с добавяне на повече материали.

Касае се за:

Използване на правилния материал, на правилното място, за правилния честотен диапазон.

Автомобилните акустични материали Transulate™ могат да бъдат персонализирани според изискванията на OEM и Tier 1, включително местоположение на приложение, целева честота, дебелина, базово тегло, структура на ламиниране и годишно търсене.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между въздушния шум и структурния шум в превозното средство?

Въздушният шум, като например шум от вятъра, шум от ОВК и известен шум от гуми, се разпространява предимно през въздуха.

Структурният шум започва като механична вибрация, предавана през окачването, каросерията или други структурни компоненти, преди да бъде излъчена като звук.

Могат ли автомобилните акустични влакна директно да намалят структурния шум?

Не напълно.

Порестите влакнести материали абсорбират предимно въздушния звук.

Ако основният проблем е вибрацията на структурния панел, обикновено се изисква допълнително затихване, изолация, разделяне или структурна оптимизация.

Кои са най-важните параметри за автомобилните звукопоглъщатели?

Важни параметри включват дебелина, тегло, структура на влакната, съпротивление на въздушния поток, абсорбционни характеристики в различните честоти, условия на компресия, монтажна междина и целеви честотен диапазон.

Защо леките акустични материали са важни за електрическите превозни средства?

Електрическите превозни средства имат по-малко шум, маскиращ двигателя, така че шумът от гумите, шумът от вятъра, шумът от електрическия двигател и други високочестотни звуци стават по-забележими.

В същото време, по-ниската маса на автомобила спомага за подобряване на енергийната ефективност и пробега.

Къде могат да се използват автомобилните акустични материали Transulate™?

Типичните приложения включват покрив, таван на автомобила, врати, защитна стена, табло, под, багажник, колони и интериорна облицовка.

Крайната спецификация на материала трябва да бъде избрана според пространството за монтаж, целевата честота, теглото и изискванията за дебелина.