Како автомобилските акустични материјали ја подобруваат удобноста во кабината | Водич за NVH

Како автомобилските акустични материјали го подобруваат удобноста во кабината

За автомобилските OEM производители и инженерите од прво ниво, удобноста во кабината не е само намалување на неколку децибели.

Ефективното автомобилско акустично инженерство започнува со три фундаментални прашања:

• Од каде доаѓа бучавата?
• Како се влегува во кабината?
• Кое материјално или структурно решение е најдобро за нејзино контролирање?

Во автомобилскиот NVH инженеринг, бучавата генерално стигнува до патничкиот простор преку два главни патишта:

• Воздушен шум
• Бучава што се пренесува од структурата

Разбирањето на разликата помеѓу овие два преносни патишта е од суштинско значење при изборот на автомобилски акустични абсорбери, изолациски материјали, слоеви за амортизација, одвојувачи и повеќеслојни акустични системи.

Брз одговор

Автомобилските акустични материјали го подобруваат комфорот во кабината со контролирање на звукот и вибрациите преку неколку различни механизми.

Порозните влакнести материјали главно се користат за апсорбирање на звукот што се пренесува преку воздух.

Материјалите за амортизација помагаат во намалувањето на вибрациите на панелот.

Бариерните слоеви го намалуваат преносот на звук.

Материјалите за одвојување помагаат да се ограничи преносот на вибрации помеѓу структурите.

Во реални апликации на возила, овие функции често се комбинираат во интегриран акустичен пакет, наместо да се потпираат на еден материјал за решавање на секој проблем со NVH.

1. Што е автомобилска NVH?

NVH е кратенка за:

• бучава
• Вибрации
• Суровост

Заедно, овие фактори силно влијаат на тоа како возачите и патниците ја перцепираат удобноста и квалитетот на возилото.

бучава

Бучава се однесува на звукот што го слушаат патниците во возилото.

Типични извори на бучава во автомобилите вклучуваат:

• Бучава од гуми и пат
• Бучава од ветер
• Бучава на моторот
• Бучава на електричниот мотор
• Свирење на опремата
• Бучава од HVAC
• Бучава на системот за ладење
• Зрачење на панелите од каросеријата

Различните фреквентни опсези создаваат многу различни субјективни впечатоци.

Нискофреквентниот шум може да се перцепира како:

• уживајќи
• татнеж
• зуење

Шумот со повисока фреквенција може да се перцепира како:

• лелекаат
• подсвиркване
• остар тонален шум
• високофреквентен шум од електричен мотор

Затоа самото ниво на звучен притисок не може целосно да го опише квалитетот на звукот во кабината.

Вибрации

Вибрациите потекнуваат од механичко возбудување.

Типични извори вклучуваат:

• Интеракција гума-пат
• Движење на суспензијата
• Возбудување на погонскиот склоп
• Електрични мотори
• Системи за пренос
• Структурна резонанца

Овие вибрации можат да патуваат низ:

• Компоненти за суспензија
• Подрамки
• Шасија
• Панели на телото
• Шини за седишта
• Системи за управување

Некои вибрации се директно перцепирани од страна на патниците.

Други ги возбудуваат панелите на каросеријата, кои потоа зрачат звук во кабината.

Суровост

Грубоста повеќе се однесува на субјективната перцепција на вибрациите на возилото и квалитетот на звукот отколку на еден физички параметар.

Примери вклучуваат:

• Силен удар при возење преку неправилности на патот
• Прекумерни нискофреквентни вибрации
• Бум во кабината при одредени брзини на возилото
• Непријатна структурна резонанца

Затоа, целта на добриот NVH инженеринг не е да се елиминира секој звук.

Станува збор за контрола на несаканата акустична и вибрациона енергија.

2. Како бучавата влегува во кабината на возилото?

Од перспектива на преносниот пат, бучавата во кабината на автомобилот генерално може да се подели во две главни категории:

Воздушна бучава

Структура-сноси бучава

Овие два механизма бараат различни стратегии за контрола.

3. Што е бучава што се пренесува преку воздух?

Воздушната бучава е звучна енергија што првенствено патува низ воздухот пред да стигне до патничкиот простор.

На пример, интеракцијата гума-пат генерира акустична енергија околу областа на тркалата.

Дел од тој звук патува низ воздухот и може да влезе во возилото низ подот, лакот на тркалата, вратите или други структури на каросеријата.

Слично на тоа, вентилаторите за греење, вентилација и климатизација генерираат звук што патува директно низ воздушните канали и кабината.

Типични извори на бучава во воздухот вклучуваат:

• Бучава од ветер
• Бучава од зрачење во гумите
• Бучава од HVAC
• Шум на вентилаторот за ладење
• Надворешна бучава од сообраќајот
• Малку бучава од електричниот мотор
• Малку бучава од погонскиот систем

Откако звукот што се пренесува преку воздух ќе влезе во кабината, тој може постојано да се рефлектира од внатрешните површини.

Доколку внатрешноста на возилото нема доволно апсорпција на звук, звучната енергија може да продолжи да се рефлектира од области како што се:

• Покрив
• Глава
• Врати
• Профил
• Подни ламби
• багажникот

Ова ја зголемува акустичната енергија што ја перцепираат патниците.

Затоа материјалите што апсорбираат звук се широко користени во внатрешноста на возилото.

4. Како влакнестите автомобилски акустични материјали апсорбираат звук?

PP/PET влакнестите акустични материјали се типични порозни апсорбери на звук.

Кога звучен бран ќе влезе во оптичката мрежа, честичките воздух се движат низ сложена порозна структура.

За време на овој процес, акустичната енергија се намалува преку механизми како што се:

• Триење помеѓу воздух и влакна
• Вискозни загуби
• Термичка размена
• Дисипација на енергија предизвикана од протокот на воздух низ порозната мрежа

Мал дел од акустичната енергија на крајот се претвора во топлина.

Како резултат на тоа, помалку звучна енергија се рефлектира назад во кабината.

Ова е основниот принцип зад влакнестите автомобилски акустични апсорбери.

5. Зошто само дебелината не е доволна?

Општоприфатена претпоставка е дека подебелиот акустичен материјал секогаш има подобри перформанси.

Всушност, апсорпцијата на звук во автомобилот зависи од многу параметри, вклучувајќи:

• Дебелина
• Основна тежина
• Густина
• Дијаметар на влакна
• Структура на влакна
• Порозност
• Отпорност на проток на воздух
• Сооднос на компресија
• Состојба за инсталација
• Целен опсег на фреквенција

Еден од најважните параметри е отпорот на протокот на воздух.

Ако материјалот е премногу отворен, звукот може лесно да помине низ него, но интеракцијата помеѓу движечкиот воздух и оптичката мрежа може да биде недоволна.

Ако материјалот е премногу густ, премногу звук може да се рефлектира на површината наместо да навлезе во порозната структура.

Затоа, високо-перформансните акустични материјали бараат соодветна рамнотежа помеѓу:

Порозност, структура на влакна и отпорност на проток на воздух.

6. Што е бучава пренесена преку структурата?

Бучавата што се пренесува преку структурата започнува како механички вибрации што се пренесуваат низ структурата на возилото.

Типичен пример е:

Патна возбуда

↓

Вибрации на гумите

↓

Суспензија

↓

Подрамка

↓

Телото на возилото

↓

Вибрации на панелот на каросеријата

↓

Звучно зрачење во кабината

Последниот звук можеби сè уште се слуша низ воздухот, но оригиналниот пат на пренос бил структурен.

Ова е клучната разлика помеѓу бучавата што се пренесува преку структурата и бучавата што се пренесува преку воздухот.

7. Зошто акустичните влакна не можат да го решат целиот структурно пренослив шум?

Ова е една од најважните разлики во автомобилското акустично инженерство.

Порозните акустични влакна се главно дизајнирани да апсорбираат енергија на звукот што се пренесува преку воздухот.

Ако главниот проблем е силна вибрација на панелот на вратата, панелот на подот, куќиштето на тркалата или друга структурна компонента, додавањето повеќе акустични влакна само по себе нема да ја елиминира основната причина.

Бучавата што се пренесува преку структурата обично бара комбинација од неколку методи на контрола.

Материјали за амортизација

Слоевите за амортизација се користат за намалување на амплитудата на вибрации кај металните или композитните панели.

Типични области на примена вклучуваат:

• Надворешни панели на вратите
• Подни панели
• Зони на инвалидски колички
• Панели на багажникот
• Тело лим

Материјали за раздвојување

Раздвојните слоеви помагаат да се намали механичкото спојување помеѓу структурите.

Тие се исто така важни во повеќеслојните акустични системи каде што е потребен еластичен слој помеѓу бариерата и каросеријата на возилото.

Материјали за бариера

Бариерни слоеви се користат за намалување на преносот на звук.

Тие обично се потпираат на поголема површинска маса или повеќеслојна конструкција за да го подобрат губитокот на пренос.

Апсорптивни материјали

Апсорптивните слоеви ја намалуваат енергијата на звукот што се пренесува во воздухот откако таа енергија ќе стигне до кабината или акустичниот пакет.

Во практичниот дизајн на возила, овие функции често се комбинираат како:

Пригушување + Раздвојување + Бариера + Апсорпција

8. Воздушната бучава и бучавата што се пренесува преку структури често се поврзани

Кај реалните проблеми со NVH на возилата, механизмите што се движат во воздухот и механизмите што се пренесуваат на структурата не се целосно независни.

На пример:

Возбудувањето на патот прво генерира механички вибрации.

Таа вибрација патува низ суспензијата и структурата на каросеријата.

Потоа панелот на каросеријата се возбудува.

Вибрирачкиот панел зрачи звук во воздухот во кабината.

Затоа, целосната патека може да биде:

Патна возбуда

↓

Вибрации предизвикани од структурата

↓

Вибрации на панелот на телото

↓

Звучно зрачење во воздухот

↓

Перцепција на патниците

Поради оваа причина, OEM NVH инженерите не прашуваат едноставно дали проблемот е пренесен од воздух или од структурата.

Тие треба да разберат:

• Кој извор е доминантен?
• Кој пат на трансфер придонесува најмногу?
• Кој фреквентен опсег бара подобрување?

9. Различните фреквентни опсези бараат различни NVH стратегии

Ниту еден материјал не може ефикасно да го реши секој проблем со бучава низ целиот фреквентен спектар.

Различните фреквентни опсези обично бараат различни инженерски стратегии.

Ниска фреквенција

Проблемите со ниска фреквенција често се поврзани со:

• Режими на телото
• Структурни вибрации
• Панелна резонанца
• Суспензионна возбуда
• Возбудување на погонскиот склоп

Тешките проблеми со ниска фреквенција обично не можат да се решат само со лесни порозни апсорбери.

Типични решенија може да вклучуваат:

• Структурна оптимизација
• Амортизација
• Изолација на вибрации
• Оптимизација на монтирање
• Оптимизација на цврстината на телото

Средна фреквенција

Шумот со средна фреквенција често бара комбинација од:

• Амортизација
• Одвојување
• Изведба на бариера
• Апсорпција на звук

Средна до висока фреквенција

Фиброзните порозни апсорбери се особено корисни во средниот до високиот фреквентен опсег.

Нивните акустични перформанси може да се подесат со прилагодување:

• Дебелина
• Основна тежина
• Структура на влакна
• Отпорност на проток на воздух

Затоа автомобилските акустични материјали не треба да се оценуваат според една вредност на апсорпција.

Целосната крива на апсорпција низ релевантниот фреквентен опсег е многу позначајна.

10. Зошто електричните возила ги менуваат барањата за акустичен материјал?

Електричните возила не го олеснуваат NVH инженерството.

Тие го менуваат спектарот на шум.

Кај возилата со внатрешно согорување, бучавата од моторот создава релативно силен звук во позадина што може да ги прикрие другите извори на бучава.

Кај електричните возила, овој ефект на маскирање е намален.

Како резултат на тоа, претходно помалку забележливите звуци можат да станат поизразени, вклучувајќи:

• Бучава од гуми
• Бучава од патот
• Бучава од ветер
• Жуборење на електричниот мотор
• Бучава на менувачот
• Тонален шум на инверторот
• Бучава од HVAC
• Бучава од системот за ладење

Затоа, акустичниот дизајн на електричните возила става поголем акцент на:

• Апсорпција на звук на широкопојасен интернет
• Контрола на бучава од средна до висока фреквенција
• Лесна тежина
• Интеграција на материјали
• Локална акустична оптимизација

11. Зошто лесните акустични материјали стануваат сè поважни?

Додавањето повеќе NVH материјал може да ги подобри акустичните перформанси.

Сепак, дополнителниот материјал ја зголемува и масата на возилото.

Ова може директно да влијае на:

• Тежина на возилото
• Потрошувачка на енергија
• Домет на возење за електрични возила
• Трошоци за производство
• Сложеност на склопување

Поради оваа причина, целта не е само да се додаде повеќе материјал.

Целта е да се постигнат потребните акустични перформанси со помала тежина и помал простор за инсталација.

Ова е една од главните предности на влакнестите автомобилски акустични материјали.

Со прилагодување:

• Состав на влакна
• Основна тежина
• Дебелина
• Густина
• Структура на слоеви

Материјалот може да се оптимизира за различни локации и платформи на возила.

12. Каде се користат автомобилски акустични материјали?

Различните зони на возила имаат различни акустични барања.

Кров и тапацир

Типични загрижености вклучуваат:

• Бучава од ветер
• Реверберација на кабината
• Бучава од удар на дожд
• Апсорпција на звук на широкопојасен интернет

Малата тежина е особено важна во оваа област.

Врати

Системите на врати може да бидат засегнати од:

• Надворешна бучава во воздухот
• Вибрации на панелот на вратата
• Резонанца на шуплини
• Интеракција на говорникот

Поради оваа причина, акустичните системи на вратите честопати бараат и апсорпција и контрола на структурните вибрации.

Заштитен ѕид и област на контролната табла

Ова е една од најважните зони за контрола на NVH.

Типични извори на бучава вклучуваат:

• Бучава од погонскиот склоп
• Бучава од патот
• Бучава од HVAC
• Структурно зрачење

Тука најчесто се користат повеќеслојни акустични системи, наместо еден апсорбер.

Подни ламби

Типични загрижености вклучуваат:

• Возбудување на гуми и пат
• Бучава од суспензијата
• Бучава под каросеријата
• Структурни вибрации

Вообичаените акустични системи на подот може да вклучуваат:

Апсорбер + Раздвојувач + Бариера

со локализирано амортизирање каде што е потребно.

Лак на тркалата

Површината на тркалата е еден од најважните извори на бучава во возилото.

Акустичните материјали што се користат овде можеби ќе треба да се справат со:

• Бучава од гуми
• Патна возбуда
• Удар со камен
• Изложеност на вода
• Контаминација

Затоа, при изборот на материјал, треба да се земат предвид и следниве фактори:

• Отпорност на влага
• Трајност
• Отпорност на контаминација

багажникот

Возбудувањето на задните тркала и задниот дел од телото може да внесе значителна акустична енергија во шуплината на багажникот.

Апсорптивните материјали можат да го намалат одбивањето на звукот во шуплината и да помогнат во ограничувањето на понатамошното ширење на звукот кон патничкиот простор.

Столбови и телесни шуплини

Шуплините во возилата можат да дејствуваат како акустични преносни патеки.

Правилна употреба на:

• Акустични апсорбери
• Филери за кариес
• Системи за заптивање

може да го намали преносот на звук низ овие области.

13. Кои материјални параметри треба да ги евалуираат OEM инженерите?

Автомобилските акустични материјали не треба да се оценуваат само според тоа дали се „добри во апсорбирањето на звукот“.

Поцелосна евалуација треба да ги вклучува следните параметри.

Акустична изведба

• Коефициент на апсорпција на звук
• Крива на апсорпција зависна од фреквенцијата
• Отпорност на проток на воздух
• Отпорност на протокот на воздух

Физички својства

• Дебелина
• Основна тежина
• Густина
• Обновување на компресија
• Димензионална стабилност

Еколошки перформанси

• Отпорност на топлина
• Отпорност на влага
• Отпорност на стареење

Автомобилски барања

• Запаливост
• Перформанси на VOC
• мирис
• Замаглување
• Компатибилност на материјали

Перформанси на обработка

• Умирање сечење
• Термоформирање
• Ламинирање
• Самолеплива подлога
• Ламинирање на алуминиумска фолија
• Конверзија на сложени форми

Одржливост

• Лесна тежина
• Рециклираност
• Поедноставување на материјалот
• Рециклирана содржина

14. Зошто состојбата на инсталацијата е подеднакво важна како и податоците за материјалот?

Истиот акустичен материјал може да се однесува многу различно под различни услови на инсталација.

Важни фактори вклучуваат:

• Воздушен јаз
• компресија
• Подлога за заднина
• Област за инсталација
• геометрија
• Протекување на работ
• Соседни материјали
• Повеќеслојна конструкција

На пример, материјал со дебелина во слободна состојба од 20 mm може да се однесува многу поинаку ако се компресира на 8 mm по инсталацијата.

Компресијата може да се промени:

• Порозност
• Отпорност на проток на воздух
• Ефективна дебелина
• Акустична изведба

Затоа автомобилските акустични материјали не треба да се оценуваат само од лабораториски технички листови.

Исто така, треба да се земе предвид и конечната состојба на инсталација.

15. Transulate™ автомобилски акустични материјали

Transulate ™ е серија на двокомпонентни PP/PET влакна развиена од SINOYQX за апликации за акустика и термичко управување во автомобилската индустрија.

Материјалот е дизајниран за апликации како што се:

• Автомобилска апсорпција на звук
• Термална изолација
• Лесни акустични пакети

Типични области на примена вклучуваат:

• Покрив
• Глава
• Страна
• Профил
• Firewall
• Подни ламби
• багажникот
• Столб
• Внатрешна гарнитура

Во зависност од проектот, клучните параметри на материјалот можат да се прилагодат, вклучувајќи:

• Основна тежина
• Дебелина
• Густина
• Структура на влакна
• Структура на ламинација

16. Како да ја изберете серијата Transulate™

Transulate ™ LT серија

Типична основна тежина:

100-200 gm

Типична дебелина:

10-20 мм

Погодно за лесни апликации како што се:

• Покрив
• Глава
• Страна
• Столб
• Внатрешна гарнитура

Главниот акцент е малата тежина.

Transulate ™ AP серија

Типична основна тежина:

300-500 gm

Типична дебелина:

20-30 мм

Погоден за:

• Firewall
• Страна
• Подни ламби
• багажникот
• Општи акустични пакети

Transulate™ HP серија

Типична основна тежина:

600-900 gm

Типична дебелина:

30-50 мм

Погодно за апликации каде што е потребна поголема апсорпција на звук и каде што е достапен повеќе простор за инсталација.

17. Кои дополнителни опции за обработка се достапни?

Во зависност од барањата на OEM и Tier 1 проектот, Transulate™ може да се испорача или конвертира како:

• Ролс
• Листови
• Сечени делови
• Самолепливи делови
• Ламинирани производи од алуминиумска фолија
• Неткаени производи
• Повеќеслојни композити
• Прилагодена дебелина
• Прилагодена основна тежина

Конечната акустична структура треба да се избере според:

Целна фреквенција + локација за инсталација + достапен простор + тежина Целна

18. Автомобилското акустично инженерство се движи од избор на материјали кон дизајн на системи

Иднината на развојот на автомобилските NVH не е само во идентификување на тоа кој апсорбер има највисок коефициент на апсорпција на звук.

Поважните прашања се:

• Кој извор на бучава е доминантен?
• Кој пат на пренос е најважен?
• Кој фреквентен опсег треба да се подобри?
• Кој материјал е најсоодветен за локацијата?
• Како може да се постигнат целните перформанси со помала тежина?

Поефикасен процес на развој е:

Идентификувајте го изворот на бучава

↓

Анализирајте ја патеката на пренос

↓

Дефинирајте ја целната фреквенција

↓

Изберете ја стратегијата за контрола

↓

Поврзете го материјалот

↓

Валидирајте на ниво на компонента

↓

Валидирајте на ниво на возило

Вака перформансите на материјалот можат да се претворат во вистинска удобност во кабината.

Заклучок

Удобноста во кабината на возилото не е контролирана од еден единствен материјал.

Бучавата што се пренесува преку воздух главно се регулира преку:

Апсорпција на звук и звучна изолација.

Бучавата што се пренесува преку конструкцијата генерално бара:

Амортизација, изолација на вибрации, раздвојување и структурна оптимизација.

Влакнестите автомобилски акустични материјали играат важна улога во намалувањето на енергијата на звукот во воздухот, ограничувањето на рефлексиите во кабината и подобрувањето на акустичните перформанси од средна до висока фреквенција.

Ова станува уште поважно кај електричните возила, каде што намаленото маскирање на моторот го прави бучавата од гумите, бучавата од ветерот и тоналниот шум од електричниот погон позабележителен.

Во исто време, производителите на возила продолжуваат да ја намалуваат тежината.

Поради оваа причина, следната генерација на автомобилски акустични системи не е за додавање повеќе материјал.

Тоа е за:

Користење на вистинскиот материјал, на вистинската локација, за вистинскиот фреквентен опсег.

Автомобилските акустични материјали Transulate™ можат да се прилагодат според барањата на OEM и Tier 1, вклучувајќи ја локацијата на примена, целната фреквенција, дебелината, основната тежина, структурата на ламинација и годишната побарувачка.

Најчесто поставувани прашања

Која е разликата помеѓу бучавата што се пренесува преку воздух и бучавата што се пренесува преку структурата во возилото?

Воздушната бучава првенствено патува низ воздухот, како што се бучавата од ветерот, бучавата од HVAC и дел од бучавата од гумите.

Бучавата што се пренесува преку структурата започнува како механички вибрации што се пренесуваат низ суспензијата, каросеријата или други структурни компоненти пред да се зрачи како звук.

Може ли автомобилското акустично влакно директно да го намали бучавата што се пренесува преку структурата?

Не целосно.

Порозните влакнести материјали првенствено апсорбираат звук што се пренесува преку воздухот.

Ако главниот проблем се вибрациите на структурните панели, обично е потребно дополнително амортизирање, изолација, одвојување или структурна оптимизација.

Кои се најважните параметри за автомобилските амортизери за звук?

Важните параметри вклучуваат дебелина, основна тежина, структура на влакна, отпорност на проток на воздух, перформанси на апсорпција низ фреквенцијата, состојба на компресија, јаз во инсталацијата и целен фреквентен опсег.

Зошто се важни лесните акустични материјали за електричните возила?

Електричните возила имаат помал шум од маскирање на моторот, па затоа бучавата од гумите, бучавата од ветерот, бучавата од електричниот мотор и другите високофреквентни звуци стануваат позабележителни.

Во исто време, помалата маса на возилото помага да се подобри енергетската ефикасност и опсегот на возење.

Каде можат да се користат автомобилски акустични материјали Transulate™?

Типичните примени вклучуваат покрив, табла, врати, заштитен ѕид, контролна табла, под, багажник, столбови и внатрешни украсни лајсни.

Конечната спецификација на материјалот треба да се избере според просторот за инсталација, целната фреквенција, основната тежина и барањата за дебелина.