Како аутомобилски акустични материјали побољшавају удобност у кабини | NVH водич

Како аутомобилски акустични материјали побољшавају удобност у кабини

За произвођаче оригиналне опреме у аутомобилској индустрији и инжењере првог нивоа, удобност кабине није само смањење буке за неколико децибела.

Ефикасан аутомобилски акустички инжењеринг почиње са три основна питања:

• Одакле долази бука?
• Како путује у кабину?
• Који материјал или структурно решење је најбоље погодно за контролу тога?

У аутомобилском NVH инжењерству, бука генерално доспева до путничког простора кроз два главна пута:

• Ваздушна бука
• Структурна бука

Разумевање разлике између ова два пута преноса је неопходно при избору аутомобилских акустичних апсорбера, изолационих материјала, слојева за пригушивање, раздвајача и вишеслојних акустичних система.

Брз одговор

Аутомобилски акустични материјали побољшавају удобност у кабини контролишући звук и вибрације путем неколико различитих механизама.

Порозни влакнасти материјали се углавном користе за апсорпцију звука који се преноси ваздухом.

Материјали за пригушивање помажу у смањењу вибрација панела.

Баријерни слојеви смањују пренос звука.

Материјали за раздвајање помажу у ограничавању преноса вибрација између структура.

У стварним применама у возилима, ове функције се често комбинују у интегрисани акустични пакет, уместо да се ослањају на један материјал за решавање сваког NVH проблема.

1. Шта је аутомобилски NVH?

NVH је скраћеница од:

• Бука
• вибрација
• Грубост

Заједно, ови фактори снажно утичу на то како возачи и путници доживљавају удобност и квалитет возила.

Бука

Бука се односи на звук који чују путници у возилу.

Типични извори буке у аутомобилима укључују:

• Бука од гума и пута
• Бука ветра
• Бука мотора
• Бука електромотора
• Зујање зупчаника
• Бука система за грејање, вентилацију и климатизацију
• Бука система за хлађење
• Зрачење панела тела

Различити фреквентни опсези стварају веома различите субјективне утиске.

Нискофреквентна бука може се перципирати као:

• бооминг
• тутњећи
• монотоније

Шум високих фреквенција може се перципирати као:

• кукање
• шиштање
• оштар тонски шум
• високофреквентна бука електромотора

Због тога сам укупни ниво звучног притиска не може у потпуности описати акустички квалитет кабине.

вибрација

Вибрација настаје услед механичког побуђивања.

Типични извори укључују:

• Интеракција гума и пута
• Покрет суспензије
• Узбудење погонског склопа
• Електромотори
• Системи зупчаника
• Структурна резонанца

Ове вибрације могу да се преносе кроз:

• Компоненте суспензије
• Подоквири
• шасија
• Панели за тело
• Шине седишта
• Системи управљања

Неке вибрације путници директно перципирају.

Други побуђују панеле каросерије, које затим зраче звук у кабину.

Грубост

Оштрина се више односи на субјективну перцепцију вибрација возила и квалитета звука него на један физички параметар.

Примери укључују:

• Јак ударац при вожњи преко неравнина на путу
• Прекомерне вибрације ниске фреквенције
• Букање у кабини при одређеним брзинама возила
• Непријатна структурна резонанција

Циљ доброг NVH инжењеринга стога није елиминисање сваког звука.

То је за контролу нежељене акустичне и вибрационе енергије.

2. Како бука улази у кабину возила?

Са становишта преносног пута, бука у кабини аутомобила се генерално може поделити у две главне категорије:

Ваздушна бука

Структурна бука

Ова два механизма захтевају различите стратегије контроле.

3. Шта је ваздушна бука?

Ваздушна бука је звучна енергија која првенствено путује кроз ваздух пре него што стигне до путничког простора.

На пример, интеракција гума и пута генерише акустичну енергију око подручја точка.

Део тог звука путује кроз ваздух и може ући у возило кроз под, лук точка, врата или друге структуре каросерије.

Слично томе, вентилатори за грејање, вентилацију и климатизацију генеришу звук који путује директно кроз ваздушне канале и кабину.

Типични извори буке у ваздуху укључују:

• Бука ветра
• Бука зрачења гума
• Бука система за грејање, вентилацију и климатизацију
• Бука вентилатора за хлађење
• Спољашња бука саобраћаја
• Нека бука електромотора
• Нека бука погонског склопа

Када звук који се преноси ваздухом уђе у кабину, он се такође може више пута одбијати од унутрашњих површина.

Ако унутрашњост возила нема довољну апсорпцију звука, звучна енергија може наставити да се рефлектује од подручја као што су:

• Кровни
• Хеадлинер
• Врата
• Контролна табла
• Pod
• Трунк

Ово повећава акустичну енергију коју перципирају путници.

Зато се материјали који апсорбују звук широко користе у целој унутрашњости возила.

4. Како влакнасти аутомобилски акустични материјали апсорбују звук?

ПП/ПЕТ влакнасти акустични материјали су типични порозни апсорбери звука.

Када звучни талас уђе у оптичку мрежу, честице ваздуха се крећу кроз сложену порозну структуру.

Током овог процеса, акустична енергија се смањује механизмима као што су:

• Трење између ваздуха и влакана
• Губици вискозности
• Топлотна размена
• Расипање енергије узроковано протоком ваздуха кроз порозну мрежу

Мали део акустичне енергије се на крају претвара у топлоту.

Као резултат тога, мање звучне енергије се рефлектује назад у кабину.

Ово је основни принцип који стоји иза влакнастих аутомобилских акустичних апсорбера.

5. Зашто сама дебљина није довољна?

Уобичајена претпоставка је да дебљи акустични материјал увек боље функционише.

У стварности, апсорпција звука у аутомобилима зависи од многих параметара, укључујући:

• Дебљина
• Основна тежина
• Густина
• Пречник влакана
• Структура влакана
• Порозност
• Отпор протока ваздуха
• Однос компресије
• Стање уградње
• Циљни фреквентни опсег

Један од најважнијих параметара је отпор протоку ваздуха.

Ако је материјал превише отворен, звук може лако проћи, али интеракција између покретног ваздуха и мреже влакана може бити недовољна.

Ако је материјал превише густ, превише звука може се рефлектовати на површини уместо да уђе у порозну структуру.

Високоперформансни акустични материјали стога захтевају одговарајућу равнотежу између:

Порозност, структура влакана и отпорност на проток ваздуха.

6. Шта је структурна бука?

Структурна бука почиње као механичке вибрације које се преносе кроз структуру возила.

Типичан пример је:

Узбудљивост пута

↓

Вибрације гума

↓

Суспензија

↓

Подоквир

↓

Каросерија возила

↓

Вибрације каросерије

↓

Звучно зрачење у кабину

Коначни звук се можда и даље чује кроз ваздух, али је оригинални пут преноса био структурни.

Ово је кључна разлика између структурне буке и буке која се преноси ваздухом.

7. Зашто акустична влакна не могу да реше сву буку која се преноси структуром?

Ово је једна од најважнијих разлика у аутомобилском акустичком инжењерству.

Порозно акустично влакно је првенствено дизајнирано да апсорбује енергију звука која се преноси ваздухом.

Ако је главни проблем јака вибрација панела врата, пода, кормила или неке друге структурне компоненте, само додавање више акустичних влакана неће елиминисати узрок.

Структурна бука обично захтева комбинацију неколико метода контроле.

Пригушни материјали

Пригушни слојеви се користе за смањење амплитуде вибрација у металним или композитним панелима.

Типичне области примене укључују:

• Спољни панели врата
• Подне плоче
• Просторије кормиларнице
• Панели пртљажника
• Каросерија лим

Материјали за раздвајање

Раздвајајући слојеви помажу у смањењу механичке спреге између структура.

Такође су важни у вишеслојним акустичним системима где је потребан попустљив слој између баријере и каросерије возила.

Барриер Материалс

Заштитне преградне слојеве се користе за смањење преноса звука.

Они се обично ослањају на већу површинску масу или вишеслојну конструкцију како би побољшали губитак при преносу.

Апсорбујући материјали

Апсорбујући слојеви смањују енергију звука који се преноси ваздухом када та енергија доспе до кабине или акустичког пакета.

У практичном дизајну возила, ове функције се често комбинују као:

Пригушивање + Раздвајање + Баријера + Апсорпција

8. Ваздушна и структурна бука су често повезане

Код проблема са вибрацијама и вибрацијама у стварним возилима, механизми који се преносе ваздухом и структуром нису потпуно независни.

На пример:

Узбудљивост пута прво генерише механичке вибрације.

Та вибрација путује кроз вешање и структуру каросерије.

Панел каросерије је тада узбуђен.

Вибрирајућа плоча емитује звук у ваздух кабине.

Стога, пуна путања може бити:

Узбудљивост на путу

↓

Вибрације које се преносе структуром

↓

Вибрације каросерије

↓

Звучно зрачење у ваздуху

↓

Перцепција путника

Из тог разлога, инжењери за NVH производе произвођача оригиналне опреме не питају једноставно да ли је проблем ваздушног или структурног порекла.

Они треба да разумеју:

• Који је извор доминантан?
• Који пут преноса највише доприноси?
• Који фреквентни опсег захтева побољшање?

9. Различити фреквентни опсези захтевају различите NVH стратегије

Ниједан појединачни материјал не може ефикасно решити сваки проблем буке у целом фреквентном спектру.

Различити фреквентни опсези обично захтевају различите инжењерске стратегије.

Ниска фреквенција

Проблеми са ниском фреквенцијом су често повезани са:

• Режими тела
• Структурне вибрације
• Резонанција панела
• Узбудљивост суспензије
• Узбудење погонског склопа

Тешки проблеми са ниским фреквенцијама обично се не могу решити само лаганим порозним апсорберима.

Типична решења могу укључивати:

• Оптимизација структуре
• дампинг
• Изолација вибрација
• Оптимизација монтирања
• Оптимизација крутости тела

Средње фреквенције

Средњофреквентна бука често захтева комбинацију:

• дампинг
• Раздвајање
• Перформансе баријера
• Апсорпција звука

Средња до висока фреквенција

Влакнасти порозни апсорбери су посебно корисни у опсегу средњих до високих фреквенција.

Њихове акустичне перформансе могу се подесити подешавањем:

• Дебљина
• Основна тежина
• Структура влакана
• Отпор протока ваздуха

Због тога се аутомобилски акустички материјали не би требало процењивати на основу једне вредности апсорпције.

Потпуна крива апсорпције у релевантном фреквентном опсегу је далеко значајнија.

10. Зашто електрична возила мењају захтеве за акустичним материјалима?

Електрична возила не олакшавају инжењеринг NVH-а.

Они мењају спектар буке.

У возилима са унутрашњим сагоревањем, бука мотора ствара релативно јак позадински звук који може да маскира друге изворе буке.

Код електричних возила, овај ефекат маскирања је смањен.

Као резултат тога, раније мање приметни звуци могу постати израженији, укључујући:

• Бука од гума
• Бука са пута
• Бука ветра
• Зујање електромотора
• Бука зупчаника
• Тонски шум инвертора
• Бука система за грејање, вентилацију и климатизацију
• Бука система за хлађење

Акустични дизајн електричних возила стога ставља већи нагласак на:

• Апсорпција звука широког опсега
• Контрола буке од средњих до високих фреквенција
• Лигхтвеигхтинг
• Интеграција материјала
• Локална акустична оптимизација

11. Зашто лагани акустични материјали постају све важнији?

Додавање више NVH материјала може побољшати акустичне перформансе.

Међутим, додатни материјал такође повећава масу возила.

Ово може директно утицати на:

• Тежина возила
• Потрошња енергије
• Домет вожње ЕВ
• Производња Трошак
• Сложеност монтаже

Из тог разлога, циљ није само додавање више материјала.

Циљ је постићи потребне акустичне перформансе уз мању тежину и мање простора за инсталацију.

Ово је једна од главних предности влакнастих аутомобилских акустичних материјала.

Подешавањем:

• Састав влакана
• Основна тежина
• Дебљина
• Густина
• Структура слојева

материјал се може оптимизовати за различите локације и платформе возила.

12. Где се користе аутомобилски акустични материјали?

Различите зоне возила имају различите акустичке захтеве.

Кров и облога плафона

Типичне забринутости укључују:

• Бука ветра
• Одјек кабине
• Бука од удара кише
• Апсорпција звука широког опсега

Мала тежина је посебно важна у овој области.

Врата

Системи врата могу бити погођени:

• Спољашња бука из ваздуха
• Вибрација панела врата
• Резонанција шупљине
• Интеракција говорника

Из тог разлога, акустични системи за врата често захтевају и апсорпцију и структурну контролу вибрација.

Област заштитног зида и контролне табле

Ово је једна од најважнијих зона контроле NVH елемената.

Типични извори буке укључују:

• Бука погонског склопа
• Бука са пута
• Бука система за грејање, вентилацију и климатизацију
• Структурно зрачење

Овде се обично користе вишеслојни акустични системи уместо једног апсорбера.

Pod

Типичне забринутости укључују:

• Узбудљивост гума и пута
• Бука суспензије
• Бука испод каросерије
• Структурне вибрације

Уобичајени подни акустични системи могу укључивати:

Апсорбер + Декуплер + Баријера

са локализованим пригушењем где је то потребно.

Вхеел Арцх

Подручје точкова је један од најважнијих извора буке у возилу.

Акустични материјали који се овде користе могу захтевати:

• Бука од гума
• Узбудљивост пута
• Удар камена
• Излагање води
• контаминација

Стога, при избору материјала треба узети у обзир и:

• Отпорност на влагу
• Трајност
• Отпорност на контаминацију

Трунк

Побуђивање задњих точкова и задњег дела каросерије може унети значајну акустичну енергију у шупљину пртљажника.

Апсорбујући материјали могу смањити рефлексију шупљине и помоћи у ограничавању даљег ширења звука према путничком простору.

Стубови и телесне шупљине

Шупљине возила могу деловати као путеви преноса звука.

Правилна употреба:

• Акустични апсорбери
• Филери за каријес
• Системи заптивања

може смањити пренос звука кроз ова подручја.

13. Које параметре материјала треба да процене инжењери произвођача оригиналне опреме (OEM)?

Аутомобилски акустички материјали не би требало да се процењују само на основу тога да ли су „добри у апсорпцији звука“.

Комплетнија евалуација треба да укључи следеће параметре.

Акустичне перформансе

• Коефицијент апсорпције звука
• Крива апсорпције зависна од фреквенције
• Отпор протока ваздуха
• Отпорност протока ваздуха

Физичка својства

• Дебљина
• Основна тежина
• Густина
• Опоравак од компресије
• Димензионална стабилност

Утицај на животну средину

• Отпорност на топлоту
• Отпорност на влагу
• Отпорност на старење

Захтеви за аутомобилску индустрију

• Запаљивост
• Перформансе испарљивих органских једињења (VOC)
• мирис
• Магла
• Компатибилност материјала

Перформансе обраде

• Дие сечење
• Термоформисање
• Ламелирање
• Самолепљива подлога
• Ламинација алуминијумске фолије
• Конверзија сложених облика

Одрживост

• Лигхтвеигхтинг
• Рециклабилност
• Поједностављење материјала
• Рециклирани садржај

14. Зашто је услов инсталације једнако важан као и подаци о материјалу?

Исти акустични материјал може се понашати веома различито у различитим условима инсталације.

Важни фактори укључују:

• Ваздушни простор
• компресија
• Подлошка
• Подручје инсталације
• Геометрија
• Цурење на ивици
• Суседни материјали
• Вишеслојна конструкција

На пример, материјал дебљине у слободном стању од 20 мм може се понашати веома другачије ако се након уградње компримује на 8 мм.

Компресија се може променити:

• Порозност
• Отпор протока ваздуха
• Ефективна дебљина
• Акустичне перформансе

Зато аутомобилске акустичне материјале не треба процењивати само на основу лабораторијских техничких листова.

Такође треба узети у обзир коначно стање инсталације.

15. Transulate™ аутомобилски акустични материјали

Трансулате ™ је серија ПП/ПЕТ двокомпонентних влакнастих материјала коју је развио SINOYQX за аутомобилске акустичке и термичке примене.

Материјал је дизајниран за примене које укључују:

• Апсорпција звука у аутомобилима
• Топлотна изолација
• Лагани акустични пакети

Типичне области примене укључују:

• Кровни
• Хеадлинер
• По
• Контролна табла
• заштитни зид
• Pod
• Трунк
• стуб
• Унутрашње облоге

У зависности од пројекта, кључни параметри материјала могу се прилагодити, укључујући:

• Основна тежина
• Дебљина
• Густина
• Структура влакана
• Структура ламинације

16. Како одабрати серију Transulate™

Трансулате ™ ЛТ серија

Типична основна тежина:

100–200 г/мXNUMX

Типична дебљина:

КСНУМКС – КСНУМКС мм

Погодно за лаке примене као што су:

• Кровни
• Хеадлинер
• По
• стуб
• Унутрашње облоге

Главни фокус је мала тежина.

Трансулате ™ АП серија

Типична основна тежина:

300–500 г/мXNUMX

Типична дебљина:

КСНУМКС – КСНУМКС мм

Погодан за:

• заштитни зид
• По
• Pod
• Трунк
• Општи акустични пакети

Transulate™ HP серија

Типична основна тежина:

600–900 г/мXNUMX

Типична дебљина:

КСНУМКС – КСНУМКС мм

Погодно за примене које захтевају већу апсорпцију звука и где је доступно више простора за инсталацију.

17. Које су додатне опције обраде доступне?

У зависности од захтева произвођача оригиналне опреме (OEM) и пројекта Tier 1, Transulate™ се може испоручити или конвертовати као:

• Роллс
• Листови
• Делови изрезани матрицом
• Самолепљиви делови
• Производи од алуминијумске фолије
• Производи са нетканим слојем
• Вишеслојни композити
• Прилагођена дебљина
• Прилагођена основна тежина

Коначну акустичну структуру треба одабрати према:

Циљна фреквенција + локација инсталације + расположиви простор + циљна тежина

18. Аутомобилски акустични инжењеринг се креће од избора материјала до дизајна система

Будућност развоја аутомобилског NVH система није само у идентификовању апсорптора који има највећи коефицијент апсорпције звука.

Важнија питања су:

• Који је извор буке доминантан?
• Који је пут преноса најважнији?
• Који фреквентни опсег треба побољшати?
• Који материјал је најпогоднији за локацију?
• Како се циљне перформансе могу постићи са мањом тежином?

Ефикаснији процес развоја је:

Идентификујте извор буке

↓

Анализирајте путању преноса

↓

Дефинишите циљну фреквенцију

↓

Изаберите стратегију управљања

↓

Ускладите материјал

↓

Валидација на нивоу компоненте

↓

Валидација на нивоу возила

Овако се перформансе материјала могу претворити у праву удобност кабине.

Закључак

Удобност кабине возила не контролише се једним материјалом.

Бука која се преноси ваздухом се углавном контролише кроз:

Апсорпција звука и звучна изолација.

Структурна бука генерално захтева:

Пригушивање, изолација вибрација, раздвајање и структурна оптимизација.

Влакнасти аутомобилски акустични материјали играју важну улогу у смањењу енергије звука у ваздуху, ограничавању рефлексија у кабини и побољшању акустичних перформанси од средњих до високих фреквенција.

Ово постаје још важније код електричних возила, где смањено маскирање мотора чини буку гума, буку ветра и тоналну буку електричног погона приметнијом.

Истовремено, произвођачи возила настављају да смањују тежину.

Из тог разлога, следећа генерација аутомобилских акустичних система не додаје више материјала.

Је реч о:

Коришћење правог материјала, на правом месту, за прави фреквентни опсег.

Аутомобилски акустични материјали Transulate™ могу се прилагодити захтевима произвођача оригиналне опреме (OEM) и Tier 1 стандарда, укључујући локацију примене, циљну фреквенцију, дебљину, основну тежину, структуру ламинације и годишњу потражњу.

Најчешћа питања (FAQ)

Која је разлика између буке која се преноси ваздухом и буке која се преноси структуром у возилу?

Ваздушна бука се првенствено шири кроз ваздух, као што су бука ветра, бука система за грејање, вентилацију и климатизацију и нека бука гума.

Структурна бука почиње као механичке вибрације које се преносе кроз вешање, каросерију или друге структурне компоненте пре него што се емитују као звук.

Да ли аутомобилска акустична влакна могу директно смањити буку која се преноси структуром?

Не потпуно.

Порозни влакнасти материјали првенствено апсорбују звук који се преноси ваздухом.

Ако је главни проблем вибрација структурне плоче, обично је потребно додатно пригушивање, изолација, раздвајање или структурна оптимизација.

Који су најважнији параметри за аутомобилске апсорбере звука?

Важни параметри укључују дебљину, тежину влакана, структуру влакана, отпор протоку ваздуха, перформансе апсорпције на свим фреквенцијама, услове компресије, размак при инсталацији и циљни фреквентни опсег.

Зашто су лагани акустични материјали важни за електрична возила?

Електрична возила имају мање буке која маскира мотор, па бука гума, бука ветра, бука електромотора и други високофреквентни звуци постају приметнији.

Истовремено, мања маса возила помаже у побољшању енергетске ефикасности и домета вожње.

Где се могу користити аутомобилски акустични материјали Transulate™?

Типичне примене укључују кров, облогу таванице, врата, заштитни зид, контролну таблу, под, пртљажник, стубове и унутрашње облоге.

Коначну спецификацију материјала треба одабрати према простору за инсталацију, циљној фреквенцији, основној тежини и захтевима дебљине.