CN101010192A - 结合在车辆的玻璃窗和车体之间的声阻尼条 - Google Patents

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Abstract

一种用于结合在车辆车体(2)和玻璃窗(3)之间的密封条(1)，其特征在于，当承受振动场的作用时该密封条构成声阻尼装置；该密封条结合玻璃窗在其平面内的局部运动在剪切状态下工作，同时车体在垂直于玻璃窗的所述局部方向变形。

Description

结合在车辆的玻璃窗和车体之间的声阻尼条
技术领域
本发明涉及一种意图结合在车辆车体和玻璃窗之间的条，目的是形成声阻尼装置以吸收通过车辆的玻璃窗和车体传导的振动波。
背景技术
这样的条可专门应用在车辆中，特别是机动车辆、玻璃窗，目的是改进它内部的传声舒适感。
在机动车辆中，来源于机械的、热的、能见度等的烦扰源已经被逐渐地克服。然而，传声舒适感方面的改进依旧是当前非常受关心的事情。
空气动力学的噪音，也就是通过空气作用在行进中的车辆上的摩擦产生的噪音，已经至少部分地在源头上得到处理，就是说，为了节省能源，外形已经得到改良，于是改进了穿透空气的能力并减少了本身是噪音源的紊流。在车辆的各个壁中，这些壁将外部空气动力学噪音与乘客乘坐的内部空间分隔开，各个窗明显是最难处理的。不可能用为不透明壁准备的浆状或者纤维吸收剂，而且由于实用或者重量的原因，没有适当的考虑，各个窗不能增加厚度。欧洲专利EP-B1-0387148提出了对空气动力学噪音源提供良好的绝缘性能的玻璃窗，它们的重量和/或厚度没有过分地增加。因此所述专利提出了层压玻璃窗，其中夹层的弯曲阻尼因数υ＝Δf/fc大于0.15，所述测量是通过借助震动对由层压玻璃制造的长9cm宽3cm的层压棒实施激励，其中层压玻璃的树脂位于每个4mm厚的两个玻璃面之间，以及通过测量fc-第一模式的共振频率-和测量Δf-振幅为A/√2的波峰宽度-实现的，其中A是频率fc下的最大振幅，于是它的声学衰减指数对于800Hz以上的任一频率，差值不超过5dB，2000Hz之前从参考指标每倍频程增加9dB，在更高的频率每倍频程增加3dB。另外，它的声学衰减指数相对于参考指标的差值的标准偏差σ保持低于4dB。两个玻璃面的厚度可以一样，等于2.2mm。因此所述专利对于车辆预防空气动力学噪音的隔音绝缘问题提出了一种通常的解决方案。
与此对比，玻璃窗预防固载噪音的处理，即预防经过固体传播而且频率范围在50到300Hz或甚至到800Hz的噪音，更难以实现。这是因为已证明，连接片的使用不足以避免由于玻璃窗的震动产生的噪音的传播。实际上已经发现，在一定的发动机速度下，会发生由乘客可以听到的嗡鸣噪音，因此引起一种烦恼源。发生的事情是，发动机的怠速运转(turning over)产生比如传递给车体的震动，并因此通过链条效应传递给玻璃窗。已知的是由承受震动的物体获得的能量产生振动现象，而且立即在所述震动之后，已经再次成为自由状态的所述物体在它的自然模式下振动。振动频率与每一个模式有关。振动的振幅取决于初始激励，即取决于所述振动的频谱分量(所述振动在受研究的频率下的振幅)和振动的冲击面积，依照振动是发生在振动波腹还是在振动节点，模态变形更大或者更小。
对于要受激励的自然模式，必须的是：
(1)在冲击点处引起的变形不应当坐落在该模式的振动节点上，和
(2)所述振动的能谱应当在该模式的共振频率处具有分量。
后一个条件实际上总是得到满足，因为非常短暂的振动会展示实际一致的能量频谱。
第一个条件也能得到满足，而且例如对于两端是自由状态的棒，所有需要的就是两端中的一端受到冲击并且所有的弯曲状态将被激发。
固载激励是外部的，而且已经证明，在发动机的一定振动频率下，即在一定的发动机速度下，至少一个玻璃窗具有振动模式，车辆的座舱具有声学模式，这两种模式之间的耦合放大了在这种情况下发动机导致的能量经由玻璃窗的声学辐射导致的嗡鸣。当然，引起这些现象的发动机速度对于每种车辆类型是特定的，因此不会统一化地为单一值。
因此，为了改进车辆的座舱内对于固载噪音的声学舒适感，专利EP0844075提出包括至少一个夹层薄膜的层压玻璃窗，所述夹层薄膜对于听得见的固载噪音拥有非常令人满意的阻尼特性，因为在10到60℃的温度范围内，它的功耗因数tanδ大于0.6，剪切模量G′小于2·107N/m2。
对于带有声阻尼特性的玻璃窗的应用，作为选择或者补充的解决方案可以围绕玻璃窗的外围结合一种具有声阻尼特性的条。专利申请WO04/012952公开了一种条，为了提供这样的声学阻尼特性，所述条在每单位长度的真实等效倔强系数K′eq必须至少等于25MPa，结合等效功耗因数tanδeq至少等于0.25。
每单位长度的等效倔强系数是所述条每线性米的等效倔强系数。
所述等效条倔强系数是不考虑材料数量或它们的成份的所述条的整体倔强系数。
所述倔强系数是与施加给条的负载对其产生的变形有关的量。所述倔强系数由构成所述条的材料的刚度和所述条的尺寸限制，所述刚度是材料的量化特性并依赖于杨氏模量和/或剪切模量。所述杨氏模量与材料在拉-压状态下工作时经受的应力和变形有关，而剪切模量与所述材料在剪切状态下工作时经受的应力和变形有关。
等效功耗因数tanδeq是不考虑材料数量及它们的成份的情况下所述条的整体功耗因数。
所述功耗因数由消耗功率，即所述条的变形转化为整个条的热能的能量转换，和每单位长度的倔强系数的比值限定。
为了确定由一种或者多种材料制成的条的每单位长度的真实等效倔强系数K′eq和等效功耗因数tanδeq，使用粘度分析仪估计这些数量。所述粘度分析仪测量横截面等同于所述条的横截面以及长度为L的样本条的真实等效倔强系数K′eq和等效消耗功率K″eq，然后执行下述计算：
-测量的真实等效倔强系数和所述条的长度L之间的比值，目的是获得所述条每单位长度的真实等效倔强系数K′eq；
-测量的等效消耗功率和测量的等效倔强系数之间的比值，目的是获得所述条的等效功耗因数tanδeq。
在上述提及的条的类型中，只考虑了所述材料在拉-压状态下工作时垂直于玻璃窗方向经受的应力和变形，在剪切状态下的工作被忽略了。这是因为车体与所述条相比是如此刚性，以至于它不会变形并且不吸收振动能量。只有所述条发生重大地变形，而且通过主要在拉-压状态的工作消耗机械能。
现在，本发明人已经注意到，对于一定类型的车辆，车体不是如此刚性，这意味着它会变形并降低所述条的工作性能，因此降低所述条的机械能的消耗。因此，由于具有上述特性的条具有至少25MPa的每单位长度的真实等效倔强系数K′eq，结合至少等于0.25的等效功耗因数tanδeq，噪音降低后的性能实际上没有象期望的那样。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供关于具有声阻尼特性的条的另一种解决方案，所述条当被固定到车体时完全能够执行它的功能，车体的变形限制该条在垂直于玻璃窗方向的工作。
依照本发明，所述条的特征在于，当承受振动场的作用时它构成声阻尼装置；它结合玻璃窗在其平面内的局部运动在剪切状态下工作，而车体在垂直于玻璃窗的所述局部方向变形。
通过所述条在剪切状态下工作的消耗被所述条具有的Q-因数A限定，该Q-因数A小于或等于4。
Q因数A由最大响应(receptance)R1和剪切模式的准静态响应R0的比值确定。更具体地，所述响应R(f)是频率响应函数，其给出了重物的取决于频率的位移与施加给它的力的比值，所述重物借助两个样本条被安装在两个金属支柱之间。
最大响应R1被限定为最低频率的局部最大值上的响应值R(f)，而且其对应重物从样本条悬浮的模式。在获得此最大值处的频率被标记为f1。剪切模式的准静态响应R0被限定为当频率等于f1/10时测量的响应值R(f)。
因此Q-因数A被最大响应与剪切模式的准静态响应的比R1/R0限定。
本发明人也证明，对Q-因数A给定的标准可以与所述条的响应R0的标准有关，其有利地需要大于或等于3·10-6m/N。
按照另一个特征，所述条由只有一种材料或者叠在一起的几种材料制成。
作为优选，所述一种材料或者多种材料具有与至少玻璃窗和/或车体粘接的特性。
材料的优选实施例是单一成份的聚氨脂，更具体地，是硅烷封端的单一成份的聚氨脂，所述材料在两个非常不同的温度区域具有两个玻璃转变。
依照另一特征，所述条在它的所有长度或者部分长度上具有均匀或者不均匀的横截面。
通过挤出和/或封装和/或传递模塑法和/或注射模塑法，所述条被应用到玻璃窗和车体中的至少一个元件。
所述条可以结合机动车辆车体，特别对于车辆的玻璃窗为层压玻璃窗是可能的，该玻璃窗包括至少两片玻璃和具有声学特性的薄膜。关于具有声学特性的薄膜必须满足的标准可参照专利申请EP0100701和EP0844075。
本发明还提出一种用于确定条的消耗特性的方法，所述条用于结合在车体和玻璃窗之间，所述方法的特征在于，它在于确定所述条的Q-因数A，所述Q-因数A被确定为最大响应R1与剪切模式的准静态响应R0的比，所述响应作为频率响应函数给出重物的取决于频率的位移与施加给它的力的比，所述重物借助两个样本条被安装在两个金属支柱之间，当Q-因数A小于或等于4时，所述条具有消耗特性。
按照本方法，剪切模式的准静态响应R0大于或等于3·10-6m/N。发明人由此已经证明使用结合在车辆玻璃窗和车体之间的条用于消耗振动能量的益处，当所述条结合玻璃窗在其平面内的局部运动在剪切状态下工作时，该振动能量引起通过玻璃窗和/或车体辐射的噪音，同时车体在垂直于玻璃窗方向变形。
在它消耗振动能量的用途中，所述条有利地展示了上述特征。为了达到4或者低于4的Q-因数，需要按照所述条的最短尺寸(高和宽)选择适当的材料和合适的尺寸。
附图说明
参照附图，本发明的其它优点和特征在以下的说明书中将变得明显，其中：
图1是结合在车辆车体和玻璃窗之间的依照本发明的条的局部截面图；
图2是用来测量所述条的特征响应的设备的示意图；
图3表示噪音传递测量随着频率变化的对比曲线图，其中所述频率是在特别包含有本发明的条的车辆上获取的。
具体实施方式
图1描述结合在车辆比如机动车辆的车体2和玻璃窗3之间的声阻尼条1的局部示意图。由所述条产生的声阻尼是由于它的在剪切状态、平行于玻璃窗的平面变形下工作的能力，而车体能够在拉-压状态下工作。
所述条可以由单一材料或者由布置成几层，比如在所述条的高度方向和/或宽度方向堆叠的一叠材料，的几种材料制成。
它的消耗能量而同时在剪切状态工作的功能受所述条具有的Q-因数A限制。依照本发明，该Q-因数A需要等于4或者更低。
如上所解释的，所述Q-因数A通过计算最大响应R1与剪切模式的准静态响应R0的比来确定。
为了确定条的声阻尼特性或其它方面，因此必须确定它的Q-因数A是什么。
在图2中为测量响应而示意地画出的程序如下：重0.025Kg并由矩形平行六面体(parallepipedal)钢块作成的重物40借助条1的两个样本被固定在两个钢支柱41和42之间。所述支柱本身比如通过适当的接合被安装到厚板43。支柱、条的样本和重物通过刚性接合比如通过使用氰基丙烯酸盐粘接剂被固定，除了各个部件的自重外没有任何预加载荷。条的样本0.02m长，具有和当安装在车体和玻璃窗之间时一样的横截面。它们以这样的方式被定位，以被放置在支柱和重物之间，如同放置在车体和玻璃窗之间。
使用经由力传感器45连接到重物的电动罐44，重物被振动激励。由电动罐传输的载荷信号由至少贯穿40-1000Hz频率带的白噪音组成。由力传感器45测量的力，用N表示，标记为F。
同时，重物40的加速度使用重量小于0.005Kg的加速计46测量。由加速计46测量的加速度，用m/s2表示，被标记为γ。
电动罐施加的载荷和重物的加速度在同一方向被测量，即方向平行于样本条的长度且在两个支柱的中间平面内。结果，重物的运动存在于在剪切状态工作的条的样本中间、在它们的纵向方向。
关于测量的加速度与施加给重物的力的频率响应函数[γ/F]的系数作为频率的函数在精密的频带内确定。响应R(f)作为频率f的函数能从下式推出：R(f)＝|γ/F|/(2πf)2。
确定最大响应R1，该响应被限定为响应R(f)在局部极大的值，它的频率是最低的并且对应重物在条的样本的纵向方向从样本条平移悬浮的模式。获得该最大值处的频率被标记为f1。
剪切模式的准静态响应R0被限定为当频率等于f1/10时测量的响应R(f)的值。
已经确定R1和R0，使用比值R1/R0计算Q-因数A。下面给出条P1和P2的两个例子，这两个例子分别满足、不满足Q-因数A为4或者更低的标准。本发明的条P1由10mm宽，5mm厚的矩形片制成，该片由单一成份的聚氨脂更具体地由硅烷封端的单一成份的聚氨脂制成，该产品在两个非常不同的温度区域具有两个玻璃转变。它具有将玻璃粘接到车体的特性。使用上面设定的协议确定的它的Q-因数是1.3。
条P2由12mm宽，6mm厚的聚氨脂胶合剂(mastic)的矩形片制成，该材料比如由道尔汽车销售的Gurit，是一种汽车制造业熟知的用于将玻璃窗固定到车体的材料。按照上述设定的协议确定的Q-因数为5.2。
独立地使用这两个条以将单片玻璃窗固定到机动车辆车体。在两种情况下，采取噪音传递测量：同时测量由冲击锤施加给玻璃窗的力，和由该同样的冲击产生的内部噪音，允许推导出频率响应函数[p/F]，也称为噪音传递，p为在乘客的耳朵旁测量的声压，F为冲击锤在玻璃窗中心产生的力。玻璃窗和车体之间的振动声耦合越高，噪音传递越高。换句话说，当降低噪音传递水平时，就获得声学的改进。
图3列出了由条P1和P2获得的作为整个130-230Hz范围的频率的函数的噪音传递结果。可以看出，条P1的使用(其符合Q-因数为4或更低的标准)使得噪音传递被降低，因此获得玻璃窗一车体系统的声学性能的改进。

Claims (14)

1、一种用于结合在车辆车体(2)和玻璃窗(3)之间的密封条(1)，其特征在于，当承受振动场的作用时，该密封条构成声阻尼装置；该密封条结合玻璃窗在其平面内的局部运动在剪切状态下工作，同时车体在垂直于玻璃窗的局部方向变形。
2、如权利要求1所述的条，其特征在于，所述条在剪切状态下的工作由该条具有的Q-因数A限定，该Q-因数小于或等于4并且由最大响应R1与剪切模式的准静态响应R0的比确定，所述响应作为频率响应函数给出重物的取决于频率的位移与施加给重物的力的比，所述重物借助所述条的样本被安装在两个金属支柱之间。
3、如权利要求2所述的条，其特征在于，所述条的响应R0大于或等于3·10-6m/N。
4、如前任一个权利要求所述的条，其特征在于，所述条仅由一种材料或者叠在一起的几种材料制成。
5、如权利要求4所述的条，其特征在于，所述一种材料或几种材料具有至少与玻璃窗和/或车体粘接的特性。
6、如前任一个权利要求所述的条，其特征在于，所述条的材料是单一成份的聚氨脂，更具体地是硅烷封端的单一成份的聚氨脂，所述材料在两个非常不同的温度区域具有两个玻璃转变。
7、如前任一个权利要求所述的条，其特征在于，通过挤出和/或封装和/或传递模塑法和/或注射模塑法，所述条被应用到玻璃窗和车体中的至少一个元件。
8、如前任一个权利要求所述的条，其特征在于，所述条在它的整个长度或部分长度上具有均匀或非均匀的横截面。
9、如前任一个权利要求所述的条，其特征在于，它与机动车辆的车体结合。
10、如前任一个权利要求所述的条，其特征在于，它与层压玻璃窗结合，该玻璃窗包括至少两片玻璃和带有声学特性的薄膜。
11、一种用于确定结合在车辆车体和玻璃窗之间的条的消耗特性的方法，所述方法的特征是，它在于确定所述条的Q-因数A，所述Q-因数A被确定为最大响应R1与剪切模式的准静态响应R0的比，所述响应作为频率响应函数给出重物的取决于频率的位移与施加给重物的力的比，所述重物借助所述条的样本被安装在两个金属支柱之间，当Q-因数A小于或等于4时所述条具有消耗特性。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述条的响应R0大于或者等于3·10-6m/N。
13、结合在车辆玻璃窗和车体之间、用于玻璃窗和/或车体易于受到的振动辐射的声阻尼的条的用途，其特征在于，所述条结合玻璃窗在其平面内的局部运动在剪切状态下工作，同时车体在垂直于玻璃窗的方向变形。
14、如权利要求2所述的条的用途。
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