Kako automobilski akustični materijali poboljšavaju udobnost u kabini | NVH vodič

Kako automobilski akustični materijali poboljšavaju udobnost u kabini

Za proizvođače originalne opreme u automobilskoj industriji i inženjere prve klase, udobnost kabine nije samo smanjenje buke za nekoliko decibela.

Učinkovito automobilsko akustično inženjerstvo započinje s tri temeljna pitanja:

• Odakle dolazi buka?
• Kako putuje u kabinu?
• Koji je materijal ili strukturno rješenje najbolje prikladno za kontrolu?

U automobilskom NVH inženjerstvu, buka općenito dopire do putničkog prostora kroz dva glavna puta:

• Zračna buka
• Buka koja se prenosi strukturom

Razumijevanje razlike između ova dva prijenosna puta ključno je pri odabiru automobilskih akustičnih apsorbera, izolacijskih materijala, prigušnih slojeva, odvajača i višeslojnih akustičkih sustava.

Brzi odgovor

Automobilski akustični materijali poboljšavaju udobnost kabine kontrolirajući zvuk i vibracije putem nekoliko različitih mehanizama.

Porozni vlaknasti materijali se uglavnom koriste za apsorpciju zvuka koji se prenosi zrakom.

Materijali za prigušivanje pomažu u smanjenju vibracija ploče.

Barijerni slojevi smanjuju prijenos zvuka.

Materijali za odvajanje pomažu u ograničavanju prijenosa vibracija između struktura.

U stvarnim primjenama u vozilima, ove se funkcije često kombiniraju u integrirani akustični paket, umjesto da se oslanjaju na jedan materijal za rješavanje svakog NVH problema.

1. Što je automobilski NVH?

NVH je kratica za:

• Buka
• vibracija
• Hrapavost

Zajedno, ovi čimbenici snažno utječu na to kako vozači i putnici doživljavaju udobnost i kvalitetu vozila.

Buka

Buka se odnosi na zvuk koji čuju putnici u vozilu.

Tipični izvori buke u automobilima uključuju:

• Buka guma i ceste
• Buka vjetra
• Buka motora
• Buka elektromotora
• Zujanje mjenjača
• Buka HVAC sustava
• Buka sustava hlađenja
• Zračenje tjelesne ploče

Različiti frekvencijski rasponi stvaraju vrlo različite subjektivne dojmove.

Niskofrekventna buka može se percipirati kao:

• gromak
• tutnjava
• monotonije

Šum viših frekvencija može se percipirati kao:

• cviljenje
• siktanje
• oštar tonski šum
• visokofrekventni šum elektromotora

Zato sama ukupna razina zvučnog tlaka ne može u potpunosti opisati akustičnu kvalitetu kabine.

vibracija

Vibracije nastaju zbog mehaničkog uzbuđenja.

Tipični izvori uključuju:

• Interakcija gume i ceste
• Pokret ovjesa
• Uzbuđivanje pogonskog sklopa
• Elektromotori
• Sustavi zupčanika
• Strukturna rezonancija

Ove vibracije mogu putovati kroz:

• Komponente ovjesa
• Podokviri
• šasija
• Karoserijski paneli
• Šine sjedala
• Upravljački sustavi

Neke vibracije putnici izravno percipiraju.

Drugi pobuđuju panele karoserije, koji zatim zrače zvuk u kabinu.

Hrapavost

Oštrina se više odnosi na subjektivnu percepciju vibracija vozila i kvalitete zvuka nego na jedan fizički parametar.

Primjeri uključuju:

• Snažan udarac pri vožnji preko neravnina na cesti
• Prekomjerne vibracije niske frekvencije
• Tutnjava u kabini pri određenim brzinama vozila
• Neugodna strukturna rezonancija

Cilj dobrog NVH inženjeringa stoga nije eliminirati svaki zvuk.

To je za kontrolu neželjene akustične i vibracijske energije.

2. Kako buka ulazi u kabinu vozila?

S gledišta prijenosnog puta, buka u kabini automobila općenito se može podijeliti u dvije glavne kategorije:

Buka u zraku

i

Buka koja se prenosi strukturom

Ova dva mehanizma zahtijevaju različite strategije upravljanja.

3. Što je buka u zraku?

Zračna buka je zvučna energija koja se prvenstveno širi zrakom prije nego što stigne do putničkog prostora.

Na primjer, interakcija gume i ceste generira akustičnu energiju oko područja kotača.

Dio tog zvuka putuje zrakom i može ući u vozilo kroz pod, blatobrane, vrata ili druge strukture karoserije.

Slično tome, HVAC ventilatori stvaraju zvuk koji putuje izravno kroz zračne kanale i kabinu.

Tipični izvori buke u zraku uključuju:

• Buka vjetra
• Buka zračenja guma
• Buka HVAC sustava
• Buka ventilatora za hlađenje
• Buka vanjskog prometa
• Neka buka elektromotora
• Neka buka pogonskog sklopa

Nakon što zvuk koji se prenosi zrakom uđe u kabinu, on se također može više puta reflektirati od unutarnjih površina.

Ako unutrašnjost vozila nema dovoljnu apsorpciju zvuka, zvučna energija može se nastaviti reflektirati od područja kao što su:

• Krov
• Zvijezda
• Vrata
• Nadzorna ploča
• Kat
• Deblo

To povećava akustičnu energiju koju percipiraju putnici.

Zato se materijali koji apsorbiraju zvuk široko koriste u cijeloj unutrašnjosti vozila.

4. Kako vlaknasti automobilski akustični materijali apsorbiraju zvuk?

PP/PET vlaknasti akustični materijali su tipični porozni apsorberi zvuka.

Kada zvučni val uđe u optičku mrežu, čestice zraka kreću se kroz složenu poroznu strukturu.

Tijekom ovog procesa, akustična energija se smanjuje mehanizmima kao što su:

• Trenje između zraka i vlakana
• Gubitci viskoznosti
• Toplinska izmjena
• Disipacija energije uzrokovana protokom zraka kroz poroznu mrežu

Mali dio akustične energije se u konačnici pretvara u toplinu.

Kao rezultat toga, manje zvučne energije se reflektira natrag u kabinu.

Ovo je osnovni princip vlaknastih automobilskih akustičnih apsorbera.

5. Zašto sama debljina nije dovoljna?

Uobičajena je pretpostavka da deblji akustični materijal uvijek ima bolje performanse.

U stvarnosti, apsorpcija zvuka u automobilu ovisi o mnogim parametrima, uključujući:

• Debljina
• Osnovna težina
• Gustoća
• Promjer vlakana
• Struktura vlakana
• Poroznost
• Otpor protoka zraka
• Omjer kompresije
• Uvjet instalacije
• Ciljni frekvencijski raspon

Jedan od najvažnijih parametara je otpor protoku zraka.

Ako je materijal previše otvoren, zvuk može lako proći, ali interakcija između zraka u pokretu i optičke mreže može biti nedovoljna.

Ako je materijal pregust, previše zvuka može se reflektirati na površini umjesto da uđe u poroznu strukturu.

Visokoučinkoviti akustični materijali stoga zahtijevaju odgovarajuću ravnotežu između:

Poroznost, struktura vlakana i otpor protoku zraka.

6. Što je strukturna buka?

Buka koja se prenosi strukturom nastaje kao mehaničke vibracije koje se prenose kroz strukturu vozila.

Tipičan primjer je:

Uzbuđenje na cesti

↓

Vibracije guma

↓

Suspenzija

↓

Podokvir

↓

Karoserija vozila

↓

Vibracije karoserije

↓

Zračenje zvuka u kabini

Konačni zvuk se još uvijek može čuti kroz zrak, ali izvorni put prijenosa bio je strukturni.

Ovo je ključna razlika između strukturne buke i buke koja se prenosi zrakom.

7. Zašto akustična vlakna ne mogu riješiti svu buku koja se prenosi strukturom?

Ovo je jedna od najvažnijih razlika u automobilskom akustičnom inženjerstvu.

Porozna akustična vlakna su prvenstveno dizajnirana za apsorpciju energije zvuka u zraku.

Ako je glavni problem jaka vibracija panela vrata, poda, kormilarnice ili neke druge strukturne komponente, dodavanje više akustičnih vlakana samo po sebi neće ukloniti uzrok.

Buka koja se prenosi strukturom obično zahtijeva kombinaciju nekoliko metoda kontrole.

Materijali za prigušivanje

Prigušujući slojevi se koriste za smanjenje amplitude vibracija u metalnim ili kompozitnim pločama.

Tipična područja primjene uključuju:

• Vanjski paneli vrata
• Podne ploče
• Područja kormilarnice
• Paneli prtljažnika
• Lim za karoseriju

Materijali za odvajanje

Razdvojni slojevi pomažu u smanjenju mehaničkog spajanja između struktura.

Također su važni u višeslojnim akustičnim sustavima gdje je potreban sukladan sloj između barijere i karoserije vozila.

Barijerni materijali

Zaštitni slojevi se koriste za smanjenje prijenosa zvuka.

Obično se oslanjaju na veću površinsku masu ili višeslojnu konstrukciju kako bi poboljšali gubitke pri prijenosu.

Apsorbirajući materijali

Apsorbirajući slojevi smanjuju energiju zvuka u zraku nakon što ta energija dosegne kabinu ili akustični paket.

U praktičnom dizajnu vozila, ove se funkcije često kombiniraju kao:

Prigušivanje + Razdvajanje + Barijera + Apsorpcija

8. Zračna i strukturna buka često su povezane

U stvarnim problemima NVH vozila, mehanizmi u zraku i konstrukciji nisu potpuno neovisni.

Na primjer:

Uzbuđenje ceste prvo generira mehaničke vibracije.

Ta vibracija putuje kroz ovjes i strukturu karoserije.

Karoserijska ploča je tada uzbuđena.

Vibrirajuća ploča zrači zvuk u zrak kabine.

Stoga, puni put može biti:

Uzbuđenje na cesti

↓

Vibracije koje se prenose strukturom

↓

Vibracije karoserije

↓

Zračenje zvuka u zraku

↓

Percepcija putnika

Zbog toga, inženjeri za nivnu vibraciju i vibracije proizvođača originalne opreme ne pitaju samo je li problem uzrokovan zrakom ili strukturom.

Moraju razumjeti:

• Koji je izvor dominantan?
• Koji put prijenosa najviše doprinosi?
• Koji frekvencijski raspon treba poboljšati?

9. Različiti frekvencijski rasponi zahtijevaju različite NVH strategije

Nijedan pojedinačni materijal ne može učinkovito riješiti svaki problem buke u cijelom frekvencijskom spektru.

Različiti frekvencijski rasponi obično zahtijevaju različite inženjerske strategije.

Niska frekvencija

Problemi s niskim frekvencijama često su povezani sa:

• Načini rada tijela
• Strukturne vibracije
• Rezonancija panela
• Uzbuđenje ovjesa
• Uzbuđivanje pogonskog sklopa

Ozbiljni problemi s niskim frekvencijama obično se ne mogu riješiti samo laganim poroznim apsorberima.

Tipična rješenja mogu uključivati:

• Strukturna optimizacija
• prigušivanje
• Izolacija vibracija
• Optimizacija montiranja
• Optimizacija krutosti tijela

Srednja frekvencija

Srednjefrekventna buka često zahtijeva kombinaciju:

• prigušivanje
• razdvajanje
• Izvedba barijere
• Apsorpcija zvuka

Srednja do visoka frekvencija

Vlaknasti porozni apsorberi su posebno korisni u rasponu srednjih do visokih frekvencija.

Njihove akustične performanse mogu se podesiti podešavanjem:

• Debljina
• Osnovna težina
• Struktura vlakana
• Otpor protoka zraka

Zato se automobilski akustični materijali ne bi trebali ocjenjivati ​​prema jednoj vrijednosti apsorpcije.

Puna krivulja apsorpcije u relevantnom frekvencijskom rasponu je daleko značajnija.

10. Zašto električna vozila mijenjaju zahtjeve za akustične materijale?

Električna vozila ne olakšavaju NVH inženjering.

Mijenjaju spektar buke.

U vozilima s unutarnjim izgaranjem, buka motora stvara relativno jak pozadinski zvuk koji može prikriti druge izvore buke.

U električnim vozilima ovaj učinak maskiranja je smanjen.

Kao rezultat toga, prethodno manje primjetni zvukovi mogu postati istaknutiji, uključujući:

• Buka guma
• Buka s ceste
• Buka vjetra
• Zujanje elektromotora
• Buka zupčanika
• Tonski šum invertera
• Buka HVAC sustava
• Buka sustava hlađenja

Akustički dizajn električnih vozila stoga stavlja veći naglasak na:

• Širokopojasna apsorpcija zvuka
• Kontrola buke od srednjih do visokih frekvencija
• Olakšavanje
• Integracija materijala
• Lokalna akustična optimizacija

11. Zašto lagani akustični materijali postaju sve važniji?

Dodavanje više NVH materijala može poboljšati akustične performanse.

Međutim, dodatni materijal također povećava masu vozila.

To može izravno utjecati na:

• Težina vozila
• Potrošnja energije
• Domet vožnje električnih vozila
• Trošak proizvodnje
• Složenost montaže

Zbog toga cilj nije samo dodati više materijala.

Cilj je postići potrebne akustične performanse uz manju težinu i manje prostora za ugradnju.

Ovo je jedna od glavnih prednosti vlaknastih automobilskih akustičnih materijala.

Prilagođavanjem:

• Sastav vlakana
• Osnovna težina
• Debljina
• Gustoća
• Struktura slojeva

Materijal se može optimizirati za različite lokacije i platforme vozila.

12. Gdje se koriste automobilski akustični materijali?

Različite zone vozila imaju različite akustičke zahtjeve.

Krov i stropna obloga

Tipične zabrinutosti uključuju:

• Buka vjetra
• Odjek kabine
• Buka udara kiše
• Širokopojasna apsorpcija zvuka

Mala težina je posebno važna u ovom području.

Vrata

Na sustave vrata mogu utjecati:

• Vanjska buka u zraku
• Vibracije panela vrata
• Rezonancija šupljine
• Interakcija govornika

Zbog toga akustični sustavi za vrata često zahtijevaju i apsorpciju i strukturnu kontrolu vibracija.

Područje zaštitnog zida i nadzorne ploče

Ovo je jedna od najvažnijih zona kontrole NVH-a.

Tipični izvori buke uključuju:

• Buka pogonskog sklopa
• Buka s ceste
• Buka HVAC sustava
• Strukturno zračenje

Ovdje se obično koriste višeslojni akustični sustavi umjesto jednog apsorbera.

Kat

Tipične zabrinutosti uključuju:

• Uzbuđenje gume i ceste
• Buka ovjesa
• Buka podvozja
• Strukturne vibracije

Uobičajeni podni akustični sustavi mogu uključivati:

Apsorber + Dekupler + Barijera

s lokaliziranim prigušenjem gdje je potrebno.

Luk kotača

Područje kotača jedan je od najvažnijih izvora buke u vozilu.

Akustični materijali koji se ovdje koriste možda će morati uzeti u obzir:

• Buka guma
• Uzbuđenje na cesti
• Udar kamena
• Izlaganje vodi
• kontaminacija

Stoga odabir materijala mora uzeti u obzir i:

• Otpornost na vlagu
• Trajnost
• Otpornost na kontaminaciju

Deblo

Uzbuđivanje stražnjih kotača i stražnjeg dijela karoserije može unijeti značajnu akustičnu energiju u šupljinu prtljažnika.

Apsorbirajući materijali mogu smanjiti refleksiju zvuka u šupljini i pomoći u ograničavanju daljnjeg širenja zvuka prema putničkom prostoru.

Stupovi i tjelesne šupljine

Šupljine vozila mogu djelovati kao putevi akustičnog prijenosa.

Pravilna upotreba:

• Akustični apsorberi
• Punila za karijes
• Sustavi za brtvljenje

može smanjiti prijenos zvuka kroz ta područja.

13. Koje parametre materijala trebaju procijeniti inženjeri proizvođača originalne opreme (OEM)?

Automobilski akustični materijali ne bi se trebali ocjenjivati ​​samo po tome jesu li „dobri u apsorpciji zvuka“.

Potpunija procjena trebala bi uključivati ​​sljedeće parametre.

Akustična izvedba

• Koeficijent apsorpcije zvuka
• Krivulja apsorpcije ovisna o frekvenciji
• Otpor protoka zraka
• Otpornost strujanju zraka

Fizička svojstva

• Debljina
• Osnovna težina
• Gustoća
• Oporavak od kompresije
• Dimenzija stabilnosti

Ekološke performanse

• Otpornost na toplinu
• Otpornost na vlagu
• Otpornost na starenje

Zahtjevi za automobile

• Zapaljivo
• Performanse hlapljivih organskih spojeva (VOC)
• Miris
• Zamagljivanje
• Kompatibilnost materijala

Izvedba obrade

• Die rezanje
• termičke obrade
• Lameliranje
• Samoljepljiva podloga
• Laminacija aluminijske folije
• Pretvorba složenih oblika

Održivost

• Olakšavanje
• Mogućnost recikliranja
• Pojednostavljenje materijala
• Reciklirani sadržaj

14. Zašto je stanje ugradnje jednako važno kao i podaci o materijalu?

Isti akustični materijal može se ponašati vrlo različito u različitim uvjetima ugradnje.

Važni čimbenici uključuju:

• Zračna rupa
• kompresija
• Podložna površina
• Područje ugradnje
• Geometrija
• Curenje ruba
• Susjedni materijali
• Višeslojna konstrukcija

Na primjer, materijal debljine u slobodnom stanju od 20 mm može se ponašati vrlo drugačije ako se nakon ugradnje komprimira na 8 mm.

Kompresija se može promijeniti:

• Poroznost
• Otpor protoka zraka
• Efektivna debljina
• Akustična izvedba

Zato se automobilski akustični materijali ne bi trebali procjenjivati ​​samo na temelju laboratorijskih podataka.

Također se mora uzeti u obzir konačno stanje instalacije.

15. Transulate™ automobilski akustični materijali

Transulate ™ je serija PP/PET dvokomponentnih vlaknastih materijala koju je razvio SINOYQX za automobilske akustičke i toplinske primjene.

Materijal je namijenjen za primjene koje uključuju:

• Apsorpcija zvuka u automobilima
• Toplinska izolacija
• Lagani akustični paketi

Tipična područja primjene uključuju:

• Krov
• Zvijezda
• Mimo
• Nadzorna ploča
• vatrozid
• Kat
• Deblo
• stub
• Unutarnja obloga

Ovisno o projektu, ključni parametri materijala mogu se prilagoditi, uključujući:

• Osnovna težina
• Debljina
• Gustoća
• Struktura vlakana
• Struktura laminacije

16. Kako odabrati seriju Transulate™

Transulate ™ LT serija

Tipična osnovna težina:

100–200 gsm

Tipična debljina:

10 – 20 mm

Pogodno za lagane primjene kao što su:

• Krov
• Zvijezda
• Mimo
• stub
• Unutarnja obloga

Glavni fokus je mala težina.

Transulate ™ AP serija

Tipična osnovna težina:

300–500 gsm

Tipična debljina:

20 – 30 mm

Prikladno za:

• vatrozid
• Mimo
• Kat
• Deblo
• Opći akustični paketi

Transulate™ HP serija

Tipična osnovna težina:

600–900 gsm

Tipična debljina:

30 – 50 mm

Pogodno za primjene koje zahtijevaju veću apsorpciju zvuka i gdje je dostupno više prostora za ugradnju.

17. Koje su dodatne mogućnosti obrade dostupne?

Ovisno o zahtjevima proizvođača originalne opreme (OEM) i Tier 1 projekta, Transulate™ se može isporučiti ili pretvoriti kao:

• Pecivo
• Listovi
• Izrezani dijelovi
• Samoljepljivi dijelovi
• Proizvodi laminirani aluminijskom folijom
• Proizvodi s netkanim slojem
• Višeslojni kompoziti
• Prilagođena debljina
• Prilagođena osnovna težina

Konačnu akustičnu strukturu treba odabrati prema:

Ciljana frekvencija + Mjesto instalacije + Dostupan prostor + Ciljana težina

18. Automobilski akustički inženjering prelazi s odabira materijala na dizajn sustava

Budućnost razvoja automobilske NVH tehnologije nije samo u identificiranju apsorbera s najvećim koeficijentom apsorpcije zvuka.

Važnija pitanja su:

• Koji je izvor buke dominantan?
• Koji je put prijenosa najvažniji?
• Koji frekvencijski raspon treba poboljšati?
• Koji je materijal najbolje prilagođen lokaciji?
• Kako se mogu postići ciljane performanse s manjom težinom?

Učinkovitiji proces razvoja je:

Identificirajte izvor buke

↓

Analizirajte put prijenosa

↓

Definirajte ciljnu frekvenciju

↓

Odaberite strategiju upravljanja

↓

Uskladite materijal

↓

Validacija na razini komponente

↓

Validacija na razini vozila

Ovako se materijalne performanse mogu pretvoriti u stvarnu udobnost kabine.

Zaključak

Udobnost kabine vozila ne kontrolira se jednim materijalom.

Buka u zraku se uglavnom kontrolira putem:

Apsorpcija zvuka i zvučna izolacija.

Buka koja se prenosi strukturom općenito zahtijeva:

Prigušenje, izolacija vibracija, odvajanje i strukturna optimizacija.

Vlaknasti automobilski akustični materijali igraju važnu ulogu u smanjenju energije zvuka u zraku, ograničavanju refleksija u kabini i poboljšanju akustičkih performansi u srednjem i visokom frekvencijskom području.

To postaje još važnije kod električnih vozila, gdje smanjeno maskiranje motora čini buku guma, buku vjetra i tonsku buku električnog pogona uočljivijom.

Istovremeno, proizvođači vozila nastavljaju smanjivati ​​težinu.

Zbog toga se kod sljedeće generacije automobilskih akustičnih sustava ne radi o dodavanju više materijala.

Radi se o:

Korištenje pravog materijala, na pravom mjestu, za pravi frekvencijski raspon.

Automobilski akustični materijali Transulate™ mogu se prilagoditi prema zahtjevima proizvođača originalne opreme (OEM) i Tier 1 standarda, uključujući lokaciju primjene, ciljanu frekvenciju, debljinu, osnovnu težinu, strukturu laminacije i godišnju potražnju.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između buke koja se prenosi zrakom i buke koja se prenosi strukturom u vozilu?

Buka koja se prenosi zrakom putuje prvenstveno zrakom, kao što su buka vjetra, buka HVAC sustava i nešto buke guma.

Buka koja se prenosi strukturom započinje kao mehaničke vibracije koje se prenose kroz ovjes, karoseriju ili druge strukturne komponente prije nego što se zrače kao zvuk.

Mogu li automobilska akustična vlakna izravno smanjiti buku koja se prenosi strukturom?

Ne u potpunosti.

Porozni vlaknasti materijali prvenstveno apsorbiraju zvuk koji se prenosi zrakom.

Ako je glavni problem vibracija strukturne ploče, obično je potrebno dodatno prigušivanje, izolacija, odvajanje ili strukturna optimizacija.

Koji su najvažniji parametri za automobilske amortizere zvuka?

Važni parametri uključuju debljinu, osnovnu težinu, strukturu vlakana, otpor protoku zraka, performanse apsorpcije na frekvenciji, uvjete kompresije, instalacijski razmak i ciljani frekvencijski raspon.

Zašto su lagani akustični materijali važni za električna vozila?

Električna vozila imaju manje buke koja maskira motor, pa buka guma, buka vjetra, buka elektromotora i drugi visokofrekventni zvukovi postaju uočljiviji.

Istovremeno, manja masa vozila pomaže u poboljšanju energetske učinkovitosti i dometa vožnje.

Gdje se mogu koristiti Transulate™ automobilski akustični materijali?

Tipične primjene uključuju krov, oblogu stropa, vrata, vatrozid, nadzornu ploču, pod, prtljažnik, stupove i unutarnje obloge.

Konačnu specifikaciju materijala treba odabrati prema prostoru ugradnje, ciljanoj frekvenciji, osnovnoj težini i zahtjevima za debljinu.