【马自达技报】新款Roadster的隔音性能开发与轻量化技术

2016-10-270阅读0

  

  摘要

  新款Roadster一直把提供“令人着迷的驾驶体验~随时间不断加深的驾乘乐趣”作为商品价值之一来推进开发的。在车辆运动性能方面,以提供由彻底轻量化带来的“得心应手的操控乐趣”为目标;在振动噪声性能方面,要通过声音给人以Light Weight Sports(以下LWS)轻快、线性的印象;目标是要提供令驾驶员总想踩下油门的驾驶体验。在彻底轻量化方面,与最轻型款式,也即初代Roadster同样低于1,000kg为目标,比之前车型减轻了100kg以上。另外,为了既要实现LWS,又要去除恼人的噪声,隔音材料也需要进行优化配置。为此,我们通过确定隔音效果好的部位,采用重量效率高的材料等,探讨了既能实现轻量化,又能维持并提高性能的方法。在车辆总共减轻的100kg以上重量里,与隔音性相关的部件约占8~12kg,在维持、提高隔音性能的同时,实现了LWS的轻快感与悦耳的声音。

  Summary

  Holding the ideal of “Fantastic driving experience - Fun-to-drive that deepened each time you ride” as one of the offering values, the all-new Roadster was developed with an aim of providing outstanding driv- ing experiences such as “the maneuverable car just like the driver’s arms and legs” (Driving dynamics) gained by drastic weight reduction and “nimble and linear sound impression as a Light Weight Sports (LWS)” (NVH performance) which makes the driver feel like to depress the accelerator again and again. For the radical weight reduction, aiming at the lightest model to reach 1000kg or less which is equivalent level to the original Roadster, efforts were made to achieve about more than 100kg reduction from the previous model. To remove noises that hinder pleasant engine sound while realizing the LWS, optimum arrangements of insulation materials are required. To do so, measures enabling to maintain or improve NVH performance while reducing the weight were considered such as specifying high effective areas and applying materials of high weight efficiency.

  Of the more than 100kg weight reduction from the car, about 8 to 12kg is the cutback amount of the components related to the sound insulation. Both lively feeling and pleasant engine sound as a LWS were realized while sound insulation performance is maintained or improved.

  1.前言

  新款Roadster没有像历代款式那样增重,而是回到了绝对重量的原点,即重量小于1000kg(Fig.1)。我们根据新款Roadster要提供的价值之一“通过实现轻快的转向/加速性能,尽享得心应手的操控乐趣”所要求的车辆性能目标,将前后悬和簧上部分确定为减重的主要对象。车辆性能目标希望实现的是:①通过降低惯性横摆力矩/重量(YWR),使车辆易于旋转及停止;②通过增加轮距/重心高度/2(SSF),实现良好的旋转稳定性能。结果,与历代款式相比,这些性能均得到了提高(Fig.2)。

  

Fig.1 WeightHistoryofRoadster

  

Fig.2 TargetofDynamicPerformanceforNewRoadster

  基于上述背景,在新款Roadster的振动噪声(以下NVH)性能开发上,从要提供的价值——LWS出发,我们着重对以下几点进行了开发。

  (1) 实现能够与乘客自然对话的车内静音性。

  (2) 营造出悦耳的发动机声(让人听的声音)。

  (3) 优化实现(1)和(2)使用的隔音部件的重量(兼顾重量目标与性能目标)。

  本文将首先阐述(1)、(2)的定量目标,然后再介绍(3)的举措。

  2.NVH性能目标

  2.1 车内静音性目标

  对于Roadster,能够与乘客愉快对话是需要提供的一项重要价值。目标是在长距离行驶中的匀速行驶等场景,保证良好的静音性。具体的开发目标是使刺耳的高频声波要比以往款式减少约40%(Fig.3)。

  

Fig.3 Smooth-RoadNoiseLevelTargetforNewRoadster

  2.2 发动机声目标

  新款Roadster为了实现“轻快感”核心主题,而大幅减少了低频声波,并实施了以下声音调节措施(Fig.4)。

  

Fig.4 ImageofEngineSound(①②③)

  ①低转速区(~2,500 rpm):把中频为基调的排气声作为LWS风格。

  ②中转速区(2,500-5,000rpm):利用SKYACTIV-G特点的“跳动声浪(*)”,实现轻快中带有强劲动感的声音。(*)“轰隆轰隆”般具有动感的音色

  ③高转速区(5,000 rpm~):通过实现不沉闷的线性声音,给人以发动机动力无限的感受,营造出“延伸感”。

  对Fig.4的声音印象②进行频率分析的结果如Fig.5所示。为了有比以往款式更容易听清声音的理想频率特性,决定降低高频区的噪声。

  

Fig.5 FrequencyCharacteristicofKODO-Sound

  3.隔音性与轻量化的兼顾

  3.1 兼顾隔音性与轻量化的思考方法和实现手段

  为了既使隔音性满足第2章的目标,又能实现轻量化,我们按照以下3个方针,探索了功能的划分。

  ①通过分析参与度明确重点对策部分

  ②采用新的轻型/高性能材料

  ③通过合并功能减少部件数量

  3.2 兼顾隔音性与轻量化的具体示例

  作为3.1节实现方式的一个具体示例,这里介绍一下兼顾轮胎声隔音性与轻量化的举措。

  该举措采用了3.1节提到的①~③方式。

  首先由实际行驶测试分析参与度(方式①)。分析的结果显示,地板对噪声的参与度较高(Fig.6)。

  

Fig.6 VehiclePanelContributiononSmoothRoad

  于是我们便将目光对准了地板参与度最高的后地板部分。根据对后地板的高频声波路径参与度分析的结果(Fig.7),我们对主要路径——[A]中地板路径、[B]后地板/轮罩路径着重强化隔音功能,而对参与度较低的[C]后备箱路径则采取重视轻量化手段,以性能与轻量化兼顾为目标选择参数。下面来介绍详细的研究内容。

  

Fig.7 TransferPathAnalysisForRearPackageArea

  在以往款式中,[A]、[B]、[C]的各路径上的饰板,采用的是在硬质材料(PP基材)背面粘贴毛毡的结构,如果饰板无法充分吸收穿透车身面板而来的噪声,声音就会透过饰板传入车内。新款使毛毡材料三维化,并且覆盖整块饰板,意在使穿透车身面板的噪声充分衰减,减弱传入车内的声音强度。具体做法是将后封装饰板(收纳车篷部位的饰板)及后备箱饰板的材料从以往款式的PP基材换成了无纺布成型品(拥有隔音层/吸音层的材料)。

  靠近乘员耳朵的后封装饰板的吸音层采用PET(聚对苯二甲酸乙二酯)制造的极细纤维,有效提高了吸音层的内部阻尼耗能(Fig.8)(方式②)。

  

Fig.8 PETFeltFiber(REAR-PACKAGETRIM.BACK)

  对于后封装部分,我们的目的是将外观设计(美观)功能与隔音功能统一起来,用减少部件数量来兼顾轻量化与NVH性能(方式③)。参考驾驶舱地垫的吸隔音机制,我们对靠近后轮胎的车篷收纳舱的饰板、后备箱内部饰板全都采用了这种做法。其中在协调车篷收纳舱与车篷收纳机构的布局调整上,费了不少心血:比如对后封装饰板需要容纳车篷的部分减薄了厚度,在不影响车篷收纳的部分,则经仔细确认增加了厚度,使性能目标与整体布局实现了彻底的融合。

  为了高效吸音,我们还把后封装饰板做成了两端内凹的形状,使来自地板的入射声不易向两侧泄露(Fig.9)。

  

Fig.9 SoundInsulationofREAR-PACKAGETRIM

  通过以上改进,车篷收纳舱及后备箱饰板的重量比以往款式减轻了0.8㎏。这相当于该部位(后封装及后备箱)饰板总重量的约9%。

  3.3 隔音关联部件重量优化的结果

  包括3.2节的措施在内,通过兼顾其他部分轻量化与隔音性的举措,隔音相关部件在比以往维持或提高了性能的基础上,大幅减轻了重量(约8kg)(Fig.10)。

  

Fig.10 ChangesinWeight-to-PerformanceRelation

  4.结语

  对于车辆开发而言,兼顾轻量化与隔音性(NVH性能)是永远的课题。在这次开发新款Roadster的过程中,我们将回归原点的轻量化作为目标,实现了轻量化与隔音性的兼顾。获得的知识与技术经验,还会在今后的车辆开发中发挥重要作用。(作者:山本秀俊 末国和宪)

  (全文完)