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)
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基于氣密性提升及成本控制的車身空腔隔斷應用
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)
為進一步提高整車氣密水平,同時平衡車輛性能與成本,在某量產車型基礎上優(yōu)化或取消部分聲學包材料,采用空腔隔斷技術提升整車氣密性來彌補車內NVH性能損失。通過實車道路測試評價車輛NVH水平,數據顯示:改進樣車相比量產車型,氣密性大幅提升,車內聲壓級表現(xiàn)也有優(yōu)化。因此在一定條件下,整車氣密性與車內NVH性能呈正相關。該設計方法在滿足車輛屬性目標前提下,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
汽車的乘坐舒適性是目前汽車行業(yè)研究的一個熱點,其中整車氣密性水平是衡量乘坐舒適性的一項重要指標。如果氣密性水平較低,外界環(huán)境的噪聲、水汽、灰塵就會通過密封缺陷處進入車內,直接降低用戶對車輛的評價??刂普嚉饷苄灾笜四軌蚋纳朴脩舻闹饔^體驗,提高車輛質量檔次,提升品牌形象。
影響整車氣密性的部位和環(huán)節(jié)有很多,對于設計結構上無法解決的位置,采用空腔隔斷技術是常見的手段。目前已有很多學者對空腔隔斷技術進行了研究,但主要還是集中于空腔密封的應用和對乘客艙NVH性能的提升效果,缺乏對整車氣密性水平和NVH性能關聯(lián)性的研究,以及相關技術應用的成本與性能需求的平衡。
作者采用SQC和CAE結合的分析方法,對某量產車白車身側圍的傳遞路徑進行分析,在關鍵位置實施空腔隔斷措施來提升氣密性,同時優(yōu)化或取消部分聲學包材料,降低整車成本,最后通過實車道路測試和整車噪聲衰減量曲線驗證該方案的有效性。
1.1 白車身空腔結構
現(xiàn)代汽車在進行車身結構設計時,必須綜合考慮結構強度、整體模態(tài)、制造工藝、材料成本等多方面的需求。車身側圍一般由外板、內板和加強板3層沖壓鈑金焊接而成,再與車身前圍、頂棚、地板和后圍連接構成白車身,所以,在車身的立柱、輪轂包及側圍等區(qū)域會形成很多相互連續(xù)的空腔結構,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,鈑金搭接時焊接處也會存在縫隙[2]。
外界環(huán)境透過這些孔縫與旁路空腔和車內乘員艙相連通,造成車身泄漏,影響車內氣密性。同時,發(fā)動機噪聲、進排氣系統(tǒng)噪聲、輪胎噪聲、結構噪聲等通過該傳播路徑傳入車內乘員艙。當汽車高速行駛時,高速氣流通過孔縫進入空腔內沖擊并摩擦鈑金,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指標下降。因此,空腔導致的氣密性泄漏不容忽視,對空腔結構進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
在旁路空腔中設置阻隔材料是提升整車氣密性水平的常用手段。該應用可阻隔氣流、抑制空氣隨通道傳播;同時,由于阻隔材料使用發(fā)泡材料,發(fā)泡材料內部結構多孔,聲波入射到材料表面后,進入材料內部的孔隙,與孔壁發(fā)生振動摩擦,在黏滯力的作用下,一部分聲能轉化為熱能,使得入射聲波能量衰減,達到吸聲的目的,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)泡材料和預成型加熱膨脹材料。后者根據實際工程需求的不同,又有橡膠、EVA、PVC等多種高倍率熱膨脹材料可供選擇。預成型加熱膨脹膠塊密封技術在白車身上應用靈活:對結構較小且規(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;密封較大的側圍空腔可使用骨架式膨脹膠,根據不同空腔形狀,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,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。
2.1 空腔隔斷方案設計
針對某款量產車型,建立車身空腔仿真模型,應用SQC分析方法和VA one軟件對側圍傳遞路徑進行分析,得到空腔內聲壓級分布情況和能量壓力的傳播方向[6-7]。根據分析結果并結合車身截面結構形狀尺寸及鈑金工藝孔分布等實際車身情況,確認需要進行空腔隔斷的位置,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合的布置方式,如圖1所示,在A柱上下、B柱下和C柱幾個位置布置空腔隔斷。
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斷位置,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層鈑金構成且形狀不規(guī)則,所以選擇使用熱膨脹進行封堵,內外腔共兩塊如圖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,為避免零件過長導致黏貼不便,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柱與后側圍,內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 聲學包材料設計優(yōu)化或取消
對該款車的所有聲學包材料進行梳理,挑選存在降成本空間的零件,如圖6所示,部分零件做設計優(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,在略微降低聲學包性能的同時,平衡質量、成本等零件屬性;還有部分零件,評估其不在主要聲傳遞路徑上或對整車NVH屬性影響較小的,直接配置優(yōu)化,做取消處理。
圖6 聲學包材料優(yōu)化方案
3.1 氣密性測試
使用整車氣密性測試臺對樣車進行氣密性測試及對比。測試設備向車內吹入空氣,若車內存在泄漏,則會產生壓降,此時風機根據傳感器監(jiān)測的壓力數據,調整風機工作狀態(tài)做補償,當壓力達到穩(wěn)定的工況時,風機所補償的風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,把連有風管的擋板固定在車窗玻璃位置,并對擋板與車身貼合的四周做密封處理。關閉車門、天窗、后備廂和引擎蓋,將空調切換為內循環(huán)模式,啟動測試臺風機。
圖7 實車氣密性測試
圖8是整車氣密性測試得到的壓力-流量關系曲線,在250 Pa壓力下,測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-流量試驗值
3.2 道路試驗
3.2.1 試驗目的及設備
實車道路試驗的目的是測量被測車輛在動態(tài)行駛時不同工況下的車內噪聲特性,并對比不同樣車狀態(tài)之間的噪聲聲壓級表現(xiàn),從而考查空腔隔斷措施和聲包裹優(yōu)化措施對整車車內噪聲的影響。
信號采集設備見圖9,在駕駛座左耳、副駕駛座右耳、第二排左側乘客座左耳、第二排右側乘客座右耳4個位置布置麥克風,在空氣濾清器殼體、座椅導軌處布置加速度傳感器。每個車輛在各測試工況下測量3組數據,并將3組數據處理后取均值,總結為1組數據供對比。
測試前先隨機抽取5臺常規(guī)下線的量產車,對5臺車做氣密性測試和首輪NVH評估,從中挑選3臺數據最接近的。這樣做能夠降低由于車輛一致性存在差異導致的試驗數據失實的風險,確保最終結果能夠針對性地反映相關措施對車輛的影響。保留一輛作為基準車(下稱A車);一輛在量產車基礎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);一輛在量產車基礎上既搭載降成本方案,同時又采用氣密性提升方案,對空腔進行隔斷處理(下稱C車)。
圖9 樣車傳感器布置
3.2.2 測試結果
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,實車的主觀駕駛評估也略好,降成本樣車低頻結構噪聲有所惡化。
圖10 加速狀態(tài)下聲壓級比較
此外數據顯示:(1)測試3臺車的數據在1 500~2 000 r/min有明顯惡化趨勢,從CAE及NVH測試結果(見圖11)可以得出頂棚存在64 Hz模態(tài),因此建議不對頂棚的阻尼做優(yōu)化;(2)從主觀感覺及客觀測試可以明顯感覺到:在低轉速時,發(fā)動機及變速箱噪聲主要從中央通道傳遞到車內,因此不建議取消中通道隔音墊。
圖11 1 500~2 000 r/min趨勢及頂棚模態(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(藍色曲線)采集的數據顯示,比另外兩輛車要低1~2 dB。
圖12 勻速狀態(tài)下聲壓級比較
根據聲傳遞路徑和旁路空腔理論,針對某型車制定并應用空腔隔斷技術,并對該車部分聲學包材料進行設計優(yōu)化或取消處理。實車氣密性試驗及道路試驗顯示:采用空腔隔斷技術后,車輛氣密性水平大幅提升;同時搭載空腔隔斷技術和聲學包優(yōu)化方案的車輛相比基礎車型,整車頻域聲壓級也有提升,整車NVH性能有所提高。
在汽車行業(yè)競爭日趨激烈的今天,汽車制造商都在致力于提供給客戶性能更好、價格更低的產品,而車企對成本也愈發(fā)敏感。在合理的成本控制下,運用合適的技術有的放矢,在滿足車輛屬性目標前提下,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——理論與應用[M].北京:北京理工大學出版社,2006.
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中國汽車工程學會第十九屆汽車安全技術國際會議成功舉辦
中國汽車工程學會一直致力于汽車技術的推進工作,汽車安全技術委員會每年都召開年會,組織行業(yè)人員進行汽車安全技術的研討。日前,由中國汽車工程學會汽車安全技術分會主辦,上海機動車檢測認證技術研究中心、同濟大學以及上海汽車等機構共同承辦的第十九屆中國汽車安全技術學術會議在上海國際汽車城科技創(chuàng)新港舉行,國內外汽車安全技術領域的專家與車企代表共320余人參會。本屆汽車安全技術年會共收到80余篇學術論文,在交流活動中與會代表就“汽車碰撞安全性及輕量化”、“碰撞生物力學及乘員約束系統(tǒng)”、“交通事故深度分析及汽車安全性能評價”、“智能安全技術”、“VRU (Vulnerable Road User) 安全技術”及“電動汽車安全技術”6個專題展開了交流和研討,并在國家智能網聯(lián)汽車(上海)示范區(qū)今年6月7日建成開園的智能網聯(lián)汽車封閉試驗區(qū)體驗到了先進的駕駛輔助系統(tǒng)和V2X避撞技術。
在論壇主題演講上,上海機動車檢測認證技術研究中心總經理兼大會主席沈劍平發(fā)表致辭。來自法國的UTAC Cream集團的Mickael GENDROT先生、上海機動車檢測認證技術研究中心的蒼學俊副總經理以及必維國際檢驗集團大中華區(qū)汽車事業(yè)部副總經理徐超先生,在上海機動車檢測認證技術研究中心總經理沈劍平、中國汽車工程學會汽車安全技術分會委員會主任委員周青以及必維國際檢驗集團大中華區(qū)汽車事業(yè)部總經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,三方將結合各自優(yōu)勢及中外資源在EuroNCAP、汽車安全技術以及汽車產業(yè)的其他領域進行廣泛且深入的合作。
與往年不同的是,借助上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司新能源汽車國家檢測方面的行業(yè)地位,以及在該領域具有的資源優(yōu)勢,本次大會中國汽車工程學與上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司通力合作,首次設立電動汽車電安全技術研討專題會場。在電動汽車安全技術分會上,來自上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司的謝先宇博士,就車用動力電池試驗安全防護技術進行了深入介紹。
安全是汽車永恒的話題,“時代給予我們更新、更高的技術手段,但面對日趨復雜的車輛系統(tǒng)以及道路交通環(huán)境我們也面臨更高的挑戰(zhàn)”。上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司總經理兼大會主席沈劍平在大會致辭中說到“汽車安全技術的發(fā)展必將因此而進入一個嶄新的時代,這也給本次會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,碰撞生物力學及乘員約束系統(tǒng)分會場由來自上海機動車檢測認證技術研究中心技術支持(研究)部部長于峰先生主持。會議就兒童座椅預緊器的應用研究、碰撞測試假人胸部沖擊響應的分析及模擬等話題進行了分享與討論。
(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,研究方向為車身內外飾產品開發(fā)及質量改進、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