Hvordan akustiske materialer til biler forbedrer kabinekomforten | NVH-guide

Hvordan akustiske materialer i biler forbedrer kabinekomforten

For bilproducenter og Tier 1-ingeniører handler kabinekomfort ikke blot om at reducere et par decibel.

Effektiv akustisk teknik i biler starter med tre grundlæggende spørgsmål:

• Hvor kommer støjen fra?
• Hvordan kører den ind i kabinen?
• Hvilket materiale eller hvilken strukturel løsning er bedst egnet til at kontrollere det?

Inden for bilindustrien, når støj generelt kabinen gennem to primære veje:

• Luftbåren støj
• Strukturbåren støj

Det er vigtigt at forstå forskellen mellem disse to transmissionsveje, når man vælger akustiske absorbere, isoleringsmaterialer, dæmpningslag, afkoblere og flerlags akustiske systemer til biler.

Hurtigt svar

Akustiske materialer i bilindustrien forbedrer kabinekomforten ved at kontrollere lyd og vibrationer gennem flere forskellige mekanismer.

Porøse fibermaterialer bruges primært til at absorbere luftbåren lyd.

Dæmpningsmaterialer hjælper med at reducere panelvibrationer.

Barrierelag reducerer lydtransmissionen.

Afkoblingsmaterialer hjælper med at begrænse vibrationsoverførsel mellem strukturer.

I virkelige køretøjsapplikationer kombineres disse funktioner ofte i en integreret akustisk pakke i stedet for at stole på et enkelt materiale til at løse alle NVH-problemer.

1. Hvad er NVH i bilindustrien?

NVH står for:

• Støj
• Vibration
• Hårdhed

Tilsammen påvirker disse faktorer i høj grad, hvordan førere og passagerer opfatter køretøjets komfort og kvalitet.

Støj

Støj refererer til den lyd, som passagerer i et køretøj hører.

Typiske støjkilder fra biler omfatter:

• Dæk- og vejstøj
• Vindstøj
• Motorstøj
• Støj fra den elektriske motor
• Gear hyler
• HVAC-støj
• Støj fra kølesystemet
• Stråling fra karrosseripaneler

Forskellige frekvensområder skaber meget forskellige subjektive indtryk.

Lavfrekvent støj kan opfattes som:

• blomstrende
• rumlen
• droning

Højfrekvent støj kan opfattes som:

• klynker
• hvæsende
• skarp tonal støj
• højfrekvent støj fra elektrisk motor

Derfor kan det samlede lydtryksniveau alene ikke fuldt ud beskrive kabinens akustiske kvalitet.

Vibration

Vibrationer stammer fra mekanisk excitation.

Typiske kilder inkluderer:

• Interaktion mellem dæk og vej
• Ophængsbevægelse
• Drivlinjeekscitation
• Elektriske motorer
• Gearsystemer
• Strukturel resonans

Disse vibrationer kan bevæge sig gennem:

• Ophængskomponenter
• Underrammer
• Chassis
• Kropspaneler
• Sædeskinner
• Styresystemer

Nogle vibrationer opfattes direkte af beboerne.

Andre aktiverer karrosseripaneler, som derefter udsender lyd ind i kabinen.

Hårdhed

Hårdhed refererer mere til den subjektive opfattelse af køretøjets vibrationer og lydkvalitet end til en enkelt fysisk parameter.

Som eksempler kan nævnes:

• Kraftig påvirkning ved kørsel over ujævnheder i vejen
• For høj lavfrekvent vibration
• Kabinen vibrerer ved bestemte køretøjshastigheder
• Ubehagelig strukturel resonans

Målet med god NVH-teknik er derfor ikke at eliminere enhver lyd.

Det er for at kontrollere uønsket akustisk og vibrationsenergi.

2. Hvordan trænger støj ind i køretøjets kabine?

Fra et transmissionsperspektiv kan kabinestøj fra biler generelt opdeles i to hovedkategorier:

Luftbåren støj

og

Strukturbåren støj

Disse to mekanismer kræver forskellige kontrolstrategier.

3. Hvad er luftbåren støj?

Luftbåren støj er lydenergi, der primært bevæger sig gennem luften, før den når kabinen.

For eksempel genererer interaktionen mellem dæk og vej akustisk energi omkring hjulområdet.

En del af lyden bevæger sig gennem luften og kan trænge ind i køretøjet gennem gulvet, hjulkassen, dørene eller andre karrosseristrukturer.

På samme måde genererer HVAC-blæsere lyd, der bevæger sig direkte gennem luftkanaler og kabinen.

Typiske kilder til luftbåren støj omfatter:

• Vindstøj
• Støj fra dækstråling
• HVAC-støj
• Støj fra køleblæseren
• Udvendig trafikstøj
• Noget støj fra den elektriske motor
• Noget støj fra drivlinjen

Når luftbåren lyd kommer ind i kabinen, kan den også reflekteres gentagne gange fra indvendige overflader.

Hvis bilens interiør ikke har tilstrækkelig lydabsorption, kan lydenergien fortsætte med at reflekteres fra områder som:

• Tag
• headliner
• Døre
• Hovedmenu
• Gulvlampe
• Bagagerum

Dette øger den akustiske energi, som beboerne opfatter.

Derfor anvendes lydabsorberende materialer i vid udstrækning i hele køretøjets interiør.

4. Hvordan absorberer fiberholdige akustiske materialer til biler lyd?

PP/PET fiberagtige akustiske materialer er typiske porøse lydabsorbenter.

Når en lydbølge kommer ind i fibernetværket, bevæger luftpartikler sig gennem en kompleks porøs struktur.

Under denne proces reduceres den akustiske energi gennem mekanismer som:

• Friktion mellem luft og fibre
• Viskøse tab
• Termisk udveksling
• Energiafledning forårsaget af luftstrøm gennem det porøse netværk

En lille del af den akustiske energi omdannes i sidste ende til varme.

Som følge heraf reflekteres mindre lydenergi tilbage i kabinen.

Dette er det grundlæggende princip bag fiberholdige akustiske absorbere til biler.

5. Hvorfor er tykkelse alene ikke nok?

En almindelig antagelse er, at tykkere akustisk materiale altid yder bedre.

I virkeligheden afhænger lydabsorption i biler af mange parametre, herunder:

• Tykkelse
• Basisvægt
• Density
• Fiberdiameter
• Fiberstruktur
• porøsitet
• Luftstrømsmodstand
• Kompressions forhold
• Installationstilstand
• Målfrekvensområde

En af de vigtigste parametre er luftmodstanden.

Hvis et materiale er for åbent, kan lyd let passere igennem, men interaktionen mellem den bevægelige luft og fibernetværket kan være utilstrækkelig.

Hvis et materiale er for tæt, kan for meget lyd reflekteres på overfladen i stedet for at trænge ind i den porøse struktur.

Højtydende akustiske materialer kræver derfor en passende balance mellem:

Porøsitet, fiberstruktur og luftmodstand.

6. Hvad er strukturbåren støj?

Strukturbåren støj starter som mekaniske vibrationer, der overføres gennem køretøjets struktur.

Et typisk eksempel er:

Vejekscitation

↓

Dækvibrationer

↓

suspension

↓

Underramme

↓

Køretøjets karosseri

↓

Vibrationer i karrosseripanelet

↓

Lydudstråling ind i kabinen

Den endelige lyd kan muligvis stadig høres gennem luften, men den oprindelige transmissionsvej var strukturel.

Dette er den vigtigste forskel mellem strukturbåren og luftbåren støj.

7. Hvorfor kan akustiske fibre ikke løse al strukturbåren støj?

Dette er en af ​​de vigtigste forskelle inden for akustisk teknik i biler.

Porøs akustisk fiber er primært designet til at absorbere luftbåren lydenergi.

Hvis hovedproblemet er stærke vibrationer i et dørpanel, gulvpanel, styrehus eller en anden strukturel komponent, vil tilføjelse af mere akustisk fiber alene ikke fjerne den grundlæggende årsag.

Strukturbåren støj kræver typisk en kombination af flere kontrolmetoder.

Dæmpende materialer

Dæmpningslag bruges til at reducere vibrationsamplitude i metal- eller kompositpaneler.

Typiske anvendelsesområder omfatter:

• Dørens ydre paneler
• Gulvpaneler
• Styrehusområder
• Bagagerumspaneler
• Karrosseriplade

Afkoblingsmaterialer

Afkoblingslag hjælper med at reducere mekanisk kobling mellem strukturer.

De er også vigtige i akustiske systemer med flere lag, hvor der kræves et eftergivende lag mellem en barriere og køretøjets karosseri.

Barriere materialer

Barrierelag bruges til at reducere lydtransmission.

De er typisk afhængige af en højere overflademasse eller flerlagskonstruktion for at forbedre transmissionstab.

Absorberende materialer

Absorberende lag reducerer luftbåren lydenergi, når denne energi når kabinen eller det akustiske anlæg.

I praktisk køretøjsdesign kombineres disse funktioner ofte som:

Dæmpning + Afkobling + Barriere + Absorption

8. Luftbåren og strukturbåren støj er ofte koblet sammen

I virkelige NVH-problemer med køretøjer er luftbårne og strukturbårne mekanismer ikke fuldstændig uafhængige.

For eksempel:

Vejens excitation genererer først mekaniske vibrationer.

Den vibration bevæger sig gennem affjedringen og karrosseristrukturen.

Karrosseripanelet exciteres derefter.

Det vibrerende panel udstråler lyd til kabineluften.

Den fulde sti kan derfor være:

Vejekscitation

↓

Strukturbårne vibrationer

↓

Vibrationer i karrosseripanelet

↓

Luftbåren lydstråling

↓

Passageropfattelse

Af denne grund spørger OEM NVH-ingeniører ikke blot, om et problem er luftbårent eller strukturbårent.

De skal forstå:

• Hvilken kilde er dominerende?
• Hvilken overførselsvej bidrager mest?
• Hvilket frekvensområde kræver forbedring?

9. Forskellige frekvensområder kræver forskellige NVH-strategier

Intet enkelt materiale kan effektivt løse alle støjproblemer på tværs af hele frekvensspektret.

Forskellige frekvensområder kræver typisk forskellige tekniske strategier.

Lavfrekvens

Lavfrekvente problemer er ofte relateret til:

• Kropstilstande
• Strukturelle vibrationer
• Panelresonans
• Suspension excitation
• Drivlinjeekscitation

Alvorlige lavfrekvente problemer kan normalt ikke løses alene med lette porøse absorbere.

Typiske løsninger kan omfatte:

• Strukturel optimering
• dumping
• Vibrationsisolering
• Monteringsoptimering
• Optimering af kroppens stivhed

Mellemfrekvens

Mellemfrekvensstøj kræver ofte en kombination af:

• dumping
• afkobling
• Barriere ydeevne
• Lydabsorption

Mellem- til højfrekvens

Fiberholdige porøse absorbere er særligt nyttige i mellem- til højfrekvensområdet.

Deres akustiske ydeevne kan justeres ved at justere:

• Tykkelse
• Basisvægt
• Fiberstruktur
• Luftstrømsmodstand

Derfor bør akustiske materialer til biler ikke vurderes ud fra en enkelt absorptionsværdi.

Den fulde absorptionskurve på tværs af det relevante frekvensområde er langt mere meningsfuld.

10. Hvorfor ændrer elbiler kravene til akustiske materialer?

Elbiler gør ikke NVH-teknik nemmere.

De ændrer støjspektret.

I forbrændingsbiler skaber motorstøj en relativt kraftig baggrundsstøj, der kan maskere andre støjkilder.

I elbiler er denne maskeringseffekt reduceret.

Som følge heraf kan tidligere mindre mærkbare lyde blive mere fremtrædende, herunder:

• Dækstøj
• Vejstøj
• Vindstøj
• Elmotor hyler
• Gearstøj
• Inverter tonal støj
• HVAC-støj
• Støj fra kølesystemet

Akustisk design af elbiler lægger derfor større vægt på:

• Bredbånds lydabsorption
• Støjkontrol fra mellem- til højfrekvent støj
• Letvægts
• Materialeintegration
• Lokal akustisk optimering

11. Hvorfor bliver lette akustiske materialer vigtigere?

Tilføjelse af mere NVH-materiale kan forbedre den akustiske ydeevne.

Yderligere materiale øger dog også køretøjets masse.

Dette kan direkte påvirke:

• Køretøjets vægt
• Energiforbrug
• EV driving range
• Fremstillingsomkostninger
• Monteringskompleksitet

Derfor er målet ikke blot at tilføje mere materiale.

Målet er at opnå den nødvendige akustiske ydeevne med lavere vægt og mindre installationsplads.

Dette er en af ​​de vigtigste fordele ved fiberholdige akustiske materialer til biler.

Ved at justere:

• Fibersammensætning
• Basisvægt
• Tykkelse
• Density
• Lagstruktur

Materialet kan optimeres til forskellige steder og køretøjsplatforme.

12. Hvor anvendes akustiske materialer til biler?

Forskellige køretøjszoner har forskellige akustiske krav.

Tag og himmelbeklædning

Typiske bekymringer omfatter:

• Vindstøj
• Kabinens efterklang
• Støj fra regnpåvirkning
• Bredbånds lydabsorption

Lav vægt er især vigtig i dette område.

Døre

Dørsystemer kan blive påvirket af:

• Udvendig luftbåren støj
• Vibrationer i dørpanelet
• Hulrumsresonans
• Talerinteraktion

Af denne grund kræver dørakustiske systemer ofte både absorption og strukturel vibrationskontrol.

Firewall- og dashboardområde

Dette er en af ​​de vigtigste NVH-kontrolzoner.

Typiske støjkilder omfatter:

• Støj fra drivlinjen
• Vejstøj
• HVAC-støj
• Strukturel stråling

Her anvendes ofte flerlagsakustiske systemer i stedet for en enkelt absorber.

Gulvlampe

Typiske bekymringer omfatter:

• Dæk-vej-ekscitation
• Suspensionstøj
• Undervognsstøj
• Strukturelle vibrationer

Almindelige gulvakustiksystemer kan omfatte:

Absorber + Afkobler + Barriere

med lokal dæmpning, hvor det er nødvendigt.

Hjulbue

Hjulområdet er en af ​​de vigtigste støjkilder i køretøjet.

Akustiske materialer, der anvendes her, skal muligvis tage højde for:

• Dækstøj
• Vejekscitation
• Stenpåvirkning
• Vandeksponering
• Forurening

Derfor skal materialevalg også tages i betragtning:

• Fugtmodstand
• Holdbarhed
• Kontamineringsmodstand

Bagagerum

Baghjuls- og baghjulsoptagelsesstimulering kan introducere betydelig akustisk energi i bagagerummet.

Absorberende materialer kan reducere refleksion i hulrummet og hjælpe med at begrænse yderligere lydudbredelse mod kabinen.

Søjler og kropshulrum

Hulrum i køretøjer kan fungere som akustiske transmissionsveje.

Korrekt brug af:

• Akustiske absorbere
• Hulrumsfyldere
• Tætningssystemer

kan reducere lydtransmissionen gennem disse områder.

13. Hvilke materialeparametre bør OEM-ingeniører evaluere?

Akustiske materialer til biler bør ikke kun vurderes ud fra, om de er "gode til at absorbere lyd".

En mere fuldstændig evaluering bør omfatte følgende parametre.

Akustisk ydeevne

• Lydabsorptionskoefficient
• Frekvensafhængig absorptionskurve
• Luftstrømsmodstand
• Luftstrømningsmodstand

Fysiske egenskaber

• Tykkelse
• Basisvægt
• Density
• Kompressionsgendannelse
• Dimensionel stabilitet

Miljømæssige præstationer

• Varmebestandighed
• Fugtmodstand
• Aging modstand

Krav til bilindustrien

• Antændelighed
• VOC-ydeevne
• Lugt
• tågedannelse
• Materiel kompatibilitet

Behandlingsydelse

• Stansning
• Termoformning
• Laminering
• Selvklæbende bagside
• Laminering af aluminiumsfolie
• Konvertering af kompleks form

Bæredygtighed

• Letvægts
• Genanvendelighed
• Materiel forenkling
• Genbrugsindhold

14. Hvorfor er installationstilstand lige så vigtig som materialedata?

Det samme akustiske materiale kan fungere meget forskelligt under forskellige installationsforhold.

Vigtige faktorer omfatter:

• Luft hul
• Compression
• Bagsideoverflade
• Installation område
• Geometri
• Kantlækage
• Tilstødende materialer
• Flerlagskonstruktion

For eksempel kan et materiale med en tykkelse i fri tilstand på 20 mm opføre sig meget anderledes, hvis det komprimeres til 8 mm efter installation.

Kompressionen kan ændre sig:

• porøsitet
• Luftstrømsmodstand
• Effektiv tykkelse
• Akustisk ydeevne

Derfor bør akustiske materialer til biler ikke udelukkende evalueres ud fra laboratoriedatablade.

Den endelige installationstilstand skal også tages i betragtning.

15. Transulate™ akustiske materialer til biler

Transulate ™ er en serie af PP/PET-bikomponentfibermaterialer udviklet af SINOYQX til akustiske og termiske styringsapplikationer i biler.

Materialet er designet til anvendelser, herunder:

• Lydabsorption i biler
• Termisk isolering
• Letvægts akustiske pakker

Typiske anvendelsesområder omfatter:

• Tag
• headliner
• Ved
• Hovedmenu
• firewall
• Gulvlampe
• Bagagerum
• Søjle
• Indvendig trim

Afhængigt af projektet kan vigtige materialeparametre tilpasses, herunder:

• Basisvægt
• Tykkelse
• Density
• Fiberstruktur
• Lamineringsstruktur

16. Sådan vælger du Transulate™-serien

Transulate ™ LT-serien

Typisk basisvægt:

100-200 gsm

Typisk tykkelse:

10 – 20 mm

Velegnet til lette anvendelser såsom:

• Tag
• headliner
• Ved
• Søjle
• Indvendig trim

Hovedfokus er lav vægt.

Transulate ™ AP-serien

Typisk basisvægt:

300-500 gsm

Typisk tykkelse:

20 – 30 mm

Passer til:

• firewall
• Ved
• Gulvlampe
• Bagagerum
• Generelle akustiske pakker

Transulate™ HP-serien

Typisk basisvægt:

600-900 gsm

Typisk tykkelse:

30 – 50 mm

Velegnet til anvendelser, der kræver højere lydabsorption, og hvor der er mere installationsplads til rådighed.

17. Hvilke yderligere behandlingsmuligheder er tilgængelige?

Afhængigt af OEM- og Tier 1-projektkrav kan Transulate™ leveres eller konverteres som:

• Rolls
• ark
• Udstansede dele
• Selvklæbende dele
• Laminerede produkter af aluminiumsfolie
• Nonwoven-belagte produkter
• Flerlagskompositter
• Tilpasset tykkelse
• Tilpasset basisvægt

Den endelige akustiske struktur bør vælges i henhold til:

Målfrekvens + Installationssted + Tilgængelig plads + Vægtmål

18. Akustisk bilteknik bevæger sig fra materialevalg til systemdesign

Fremtiden for udvikling af NVH-systemer til biler handler ikke blot om at identificere, hvilken absorbere der har den højeste lydabsorptionskoefficient.

De vigtigere spørgsmål er:

• Hvilken støjkilde er dominerende?
• Hvilken overførselsvej er vigtigst?
• Hvilket frekvensområde skal forbedres?
• Hvilket materiale er bedst egnet til stedet?
• Hvordan kan den ønskede ydeevne opnås med mindre vægt?

En mere effektiv udviklingsproces er:

Identificér støjkilden

↓

Analysér overførselsstien

↓

Definer målfrekvensen

↓

Vælg kontrolstrategien

↓

Match materialet

↓

Valider på komponentniveau

↓

Valider på køretøjsniveau

Sådan kan materialeegenskaber omdannes til ægte kabinekomfort.

Konklusion

Komforten i kabinen styres ikke af et enkelt materiale.

Luftbåren støj håndteres primært gennem:

Lydabsorption og lydisolering.

Strukturbåren støj kræver generelt:

Dæmpning, vibrationsisolering, afkobling og strukturel optimering.

Fiberagtige akustiske materialer til biler spiller en vigtig rolle i at reducere luftbåren lydenergi, begrænse refleksioner i kabinen og forbedre den akustiske ydeevne i mellem- til højfrekvente frekvenser.

Dette bliver endnu vigtigere i elbiler, hvor reduceret motormaskering gør dækstøj, vindstøj og tonestøj fra elektriske drev mere mærkbar.

Samtidig fortsætter bilproducenterne med at reducere vægten.

Af denne grund handler den næste generation af akustiske systemer til biler ikke om at tilføje mere materiale.

Det handler om:

Brug af det rigtige materiale, på det rigtige sted, til det rigtige frekvensområde.

Transulate™ akustiske materialer til biler kan tilpasses i henhold til OEM- og Tier 1-krav, herunder anvendelsessted, målfrekvens, tykkelse, basisvægt, lamineringsstruktur og årlig efterspørgsel.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen på luftbåren støj og strukturbåren støj i et køretøj?

Luftbåren støj bevæger sig primært gennem luften, såsom vindstøj, HVAC-støj og noget dækstøj.

Strukturbåren støj starter som mekanisk vibration, der transmitteres gennem affjedringen, karosseriet eller andre strukturelle komponenter, før den udstråles som lyd.

Kan akustiske fibre i biler direkte reducere strukturbåren støj?

Ikke helt.

Porøse fibermaterialer absorberer primært luftbåren lyd.

Hvis hovedproblemet er vibrationer i de strukturelle paneler, er yderligere dæmpning, isolering, afkobling eller strukturel optimering normalt nødvendig.

Hvad er de vigtigste parametre for lydabsorbenter i biler?

Vigtige parametre omfatter tykkelse, basisvægt, fiberstruktur, luftstrømningsmodstand, absorptionsevne på tværs af frekvens, kompressionsforhold, installationsgab og målfrekvensområde.

Hvorfor er lette akustiske materialer vigtige for elbiler?

Elbiler har mindre motorstøj, så dækstøj, vindstøj, elmotorstøj og andre højfrekvente lyde bliver mere mærkbare.

Samtidig bidrager en lavere køretøjsmasse til at forbedre energieffektiviteten og rækkevidden.

Hvor kan Transulate™ akustiske materialer til biler anvendes?

Typiske anvendelser omfatter tag, loftsbeklædning, døre, brandmure, instrumentbræt, gulv, bagagerum, søjler og interiørbeklædning.

Den endelige materialespecifikation bør vælges i henhold til installationsplads, målfrekvens, basisvægt og tykkelseskrav.