汽车车身侧围空腔填充技术及应用

《装备制造技术／２ｏｌ　１年第ｌ０期　

汽车车身侧围空腔填充技术及应用　

田绍军　

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州５４５００７）　

摘要：阐述了汽车车身侧围空腔泄露及空腔填充技术问题，重点介绍了从车外经车身侧围空腔进入车内的噪声来源　和空腔填充零件结构特点和设计方法，通过在某车型上的实际应用，得出测试分析结果，表明车身侧围空腔填充技术　．－ｊ－￣有效降低车内噪声，防止灰尘等侵入车内。　关键词：汽车；车身；空腔；填充　

中图分类号：Ｕ４６３．８２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５４５Ｘ【２０１１）１０—０１８１—０３　

在汽车产品开发过程中，由于车身侧围结构形　

式不可避免地会出现一些空腔连通车内外，从而导　

致车外的灰尘、水气、气流、噪声、热量等环境因素进　

人乘员舱，即常说的车身泄露问题。为了解决这个问　

题，提高汽车的密封性和乘坐舒适性，工程设计人员　

于是设计了各种密封结构，防止外部环境因素侵入　

车身内部，其中汽车车身的侧围空腔填充技术，就是　

一项重要的应用技术。该技术的使用，有效解决了外　

部噪声等人侵问题。　

１　汽车车身侧围空腔内的侵入物　

目前汽车车身结构一般由钣金材料经冲压焊接　

成型，为满足车身刚度、强度、模态需要和制造装配　

需要以及成本需要，车身侧围一般由内外两层钣金　

焊接在一起，并与顶盖前围地板等结构连接，因此车　

身侧围的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ柱及顶梁、门槛梁等结构，就形　

成了一个内部具有空腔的封闭结构（如图１）。　

。一‘　

圈１　车身侧围结构　

为了降低车身自重和满足涂装需要，以及乘员　

舱排气和其他一些装配工艺需要，在车身侧围内外　

板上，都开有大小不同形状各异的孔洞，还有一些钣　

金之间的搭接缝隙。这些孔洞和缝隙不能完全密封，　

因此这些缝隙和孔洞，就把侧围内部空腔与车内乘　员舱及车外环境连通起来，这样车外的灰尘、水气、　

气流、噪声、热量等环境因素，都会经过侧围内部空　

腔进入乘员舱。　

为了防止外部环境因素侵入车内乘员舱，设计　

工程师除了尽量密封这些孔洞缝隙之外，还发明了　

一种技术，那就是汽车车身侧围内部空腔填充技术。　

实践证明，该技术能对车内环境起到有效保护作用，　

能明显降低来自气流、发动机、轮胎、路面辐射的噪　

声，抵御灰尘的侵入。这些物质在侧围内部空腔的流　

动如图２虚线箭头所示，实线箭头表噪声来源。试验　

表明，高速气流与车身外部突出物相遇，或进入侧围　

内部空腔与一些加强板之类的障碍物相遇，都会产　

生涡流声，涡流声也会引起钣金件共振，产生结构噪　

声传人乘员舱。　

图２车身侧围内部空腔内噪声气流等物质流动　

２　车身侧围空腔ＣＡＥ模拟分析　

在汽车产品开发前期，为了预测分析是否要在　

侧围空腔里填充密封零件和在哪个位置填充，在取　

得车身侧围结构数模后，就可以进行ＣＡＥ模拟分析。　灰尘、气流是否入侵，一般通过数模的干涉、间隙、搭　

接检查和开孔位置的合理性等进行，也可以采用　

ＣＦＤ来模拟。　

收稿日期：２０１１＿０７—２７　作者简介：田绍军（１９７８一），男，广西桂林人，工程师，研究方向：汽车性能集成。　

１８１　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．１０，２０１　１　

噪声模拟一般采用ＳＥＡ（统计能量法）来分析判　

断声压级在空腔内的分布情况和能量流动情况，然　

后根据分析结果，来确定是否需要采用空腔填充和　

在哪个位置进行填充。如某车型的ＳＥＡ分析结果如　

图３所示，分别在前后轮罩、Ｂ柱下端门槛梁处模拟　

轮胎、路面、发动机、气流摩擦的噪声输入功率，图３　

ｆａ）是没有采用空腔填充材料时，空腔内部声压级分　

布情况；图３（ｂ）是采用空腔填充材料后，空腔内部声　

压级分布情况。从对比可以看出，采用填充技术后，　

空腔内隔断后的部分声压级降低明显。　

一一　

（ａ）　（ｂ）　

图３车身侧围空腔声压级分布对比　

３　填充零件结构分类和特点　

汽车车身侧围空腔填充零件结构设计，要综合　

考虑生产成本、装配工艺流程、零件材料属性和空腔　

截面结构形式、尺寸大小等因素，才能设计出满足使　

用要求且结构合理的零件。目前，我们根据汽车车身　

的装配制造工艺，已经研究开发出多种材料和结构　

形式、不同装配方式的空腔填充零件。按零件装配方　

式来分，可分为粘贴式、装配式、注射式等；按发泡条　

件来分，可分为常温固化和高温固化两种。粘贴式、　

装配式零件，都是属于高温固化零件，必须在车身车　

间焊装时装配或由钣金供应商焊接时装配，需要在　

涂装车间高温烘干炉内发泡成型；注射式零件，属于　

常温固化零件，必须在涂装车间完成涂装后在总装　

前进行装配。　

３．１　粘贴式车身侧围空腔填充零件　

粘贴式车身侧围空腔填充零件材料，一般由丁　

基橡胶及发泡剂、填充剂等构成，结构上主要由粘接　

层和发泡层两层构成。　

此结构零件适用于空腔尺寸较小的截面，不适　

用于宽度方向超过１００　ＩｌＩＩＴＩ的截面，若粘贴在竖直方　

向的空腔里，在发泡过程中，泡沫容易下流，从而不　

能密封指定的截面。在涂装过程中容易被涂装液冲　

刷掉，粘贴不够牢固，容易脱落，粘贴部位钣金易锈　

蚀。零件发泡倍率为８～１２倍，厚度一般不超过　

１２　ｎｕｎ。零件保质期短，容易变质，保质期一般不超　

１８２　过１２０　ｄ。此结构零件优点，是结构简单，零件为柔　

体，可以随意裁成需要的尺寸大小，不需要设计成特　

殊结构，生产成本低，设备投资低，采用挤出成型切　

割加工，制造工艺简单，不用开制成型模具。　

３．２装配式车身侧围空腔填充零件　

装配式车身侧围空腔填充零件，也叫预成型固　

体填充零件，一般用塑料卡扣或者螺栓装配在车身　

空腔壁上，采用注塑成型。　

零件结构一般由合成橡胶或聚氨酯材料，镶嵌　

在一个塑料支架的周边上构成。塑料支架起安装固　

定作用，材料可选耐高温的ＰＡ６６，合成橡胶或聚氨　

酯材料是发泡材料，发泡倍率为８　１０倍，发泡材料　

主要是ＥＶＡ＋ＰＥ材料的混合体，也可选用其他橡胶　

材料和聚氨酯等。　

该结构零件缺点，是需要在车身钣金上开安装　

孑Ｌ，需要设计各截面处的零件结构，零件需要开模具，　

在车身焊装线上进行装配，工艺性不太好，成本较高，　

因中间是塑料薄板，吸音效果没有粘贴式的全泡沫好　

（如图４所示）。优点是可以用于比较大的截面上，安　

装位置稳定，发泡后密封效果要比粘贴式的好。　

鞠叠稞萋充零件对声　萄裴在票譬填充苇件对声浚　

图４　装配式和粘贴式零件吸声效果对比示意　

３．３　注射式车身侧围空腔填充零件　

采用注射方式来装配的车身侧围空腔填充零　

件，一般由Ａ、Ｂ两种组分构成，Ａ组分为多聚ＭＤＩ　

或者异氰酸预聚体，Ｂ组分为多元醇或者水，氨催化　

剂，未混合前两组份均为液体，在常温下用机器喷头　

或人工喷头注入车身腔体内，发生化学反应生成硬　

质闭孔泡沫。　

通过改变Ａ、Ｂ组分的比例，还可以得到硬度、强　度不同的泡沫结构，对车身结构有加强作用，但强度　

越大，密封效果越差，隔音效果下降。　

该零件优点是密封效果稳定，可靠性高，发泡倍　

率大，可达３Ｏ一３４倍，没有高温固化零件因温度不均　

不够产生的发泡不足等缺陷，原料价格不高，不需要　

进行零件结构尺寸设计，不需要开模具，只需要确定　

每个车型的注射位置及该位置的用量即可，一次性　端　一　零　０ｊ　ｉ

　《装备制造技术》２Ｏｌ　１年第１Ｏ期　

投资生产线，可以通用于所有车型。缺点是一次性设　

备投资成本较高，需要配备原料储存装置、计量装　

置、定量注射装置、显示控制装置和液压装置和循环　

组件等。　

４　填充零件在某车型上的应用　

根据数据设计阶段噪声ＣＡＥ模拟分析结果和截　

面结构形状尺寸的分析，侧围内外板上孔洞的分布　

情况，内部加强板的布置情况，综合考虑成本因素和　

工厂的制造工艺，确定在如图５所示的５个位置装　

配空腔填充零件，其中位置③处采用装配式零件，其　

余位置采用粘贴式零件，装配式零件设计结构如图６　

所示。　

图５　某车型车身侧围空腔填充零件布置　

阿　Ｉ茎量主塑ｌ　

图６　装配式空腔填充零件结构　

５　填充零件使用效果验证　

５．１　降噪效果验证　

在ＯＴＳ阶段，分别测量了某车型两台采用了车　

身侧围空腔填充零件和没有采用车身侧围空腔填充　

零件的车内噪声。如图７所示，为平坦沥青路４档全　

油门加速到１２０　ｋｍ／ｈ驾驶员右耳处噪声曲线，虚线　

为采用了空腔填充零件的车，实线为未采用空腔填充　

零件的车。测试结果显示，驾驶员右耳处总体噪声略　

有降低，其中四阶＠４　９００　ｒ／ｍｉｎ、六阶＠３　３００　ｒ／ｍｉｎ　

峰值降低比较明显，约降低７ｄＢ（Ａ），语音清晰度约提　

高５％（如图８，实线为填充前，虚线为填充后）。频谱　

分析显示，各工况下对车内噪声主要降低频率范围　在１　０００～１　６００　Ｈｚ范围内。　

图７　车内噪声对比　

％∞　

６０　棼　

柏　艇　

１０００　１．００　

１５００　２０００　２５００　３００Ｏ　３５００　４０Ｏ０　４５００　５０００　５５００　６Ｏ００　ｒｐｍ　图８车内语音清晰度对比　．００　

５．２密封效果验证　

用内窥镜检查了图６所示的５个密封位置，均　

密封良好。道路杨尘试验４　ｈ，未发现漏灰现象，淋雨　

试验间８　ｍｉｎ喷淋试验，未出现车身侧围空腔内漏水　

积水现象。　

６结束语　

汽车车身侧围空腔填充技术，能够有效解决因　

车外环境通过侧围空腔与车内乘员舱连通而导致的　

灰尘等环境因素侵人问题，能够有效降低因风激励　

和发动机激励及轮胎，路面激励引起的空气辐射噪　

声和结构传播噪声，该技术值得推广应用。　

参考文献：　【１］刘海涛．用于车身制造的ＲＩＭ工艺［Ｊ］．汽车工艺与材料，　

２００９，（２）：５９—６１．　［２］２王震坡，何洪文．统计能量方法用于汽车振动噪声的分析　研究【Ｊ】．汽车科技，２００１，（６）：１０—１２．　（下转第１９３页）　

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