开发一种可调谐的测试方法，用于表征汽车内饰塑料中由摩擦引起的啸叫声噪声

《Polymer Testing》：Development of a Tunable Test Method for Characterizing Friction-Induced Squeak Noise in Automotive Interior Plastics

摩擦噪声特性分析及新型测试装置开发

　　随着电动汽车和氢能源汽车的兴起，车辆内部的噪声感知问题日益突出。这些车辆由于其运行时的静音特性，使得原本不易察觉的微小噪声，如“嗡嗡声”（buzz）、“摩擦声”（squeak）和“咔嗒声”（rattle），变得更为显著。这些噪声不仅影响驾驶体验，还可能成为消费者对车辆质量评价的重要因素。因此，如何准确评估这些噪声特性，尤其是摩擦引发的噪声，成为汽车工程领域的一个重要课题。

在汽车内饰中，聚合物材料被广泛使用，因其具有轻质、成本低、易加工以及良好的耐腐蚀性等优点。然而，现有的一些评估方法主要依赖于整车或完整部件的测试，这种方式不仅耗费大量时间和资源，还难以精准识别噪声产生的根本原因和影响因素。尤其值得注意的是，摩擦声通常与“粘滑”（stick–slip）现象密切相关，这种现象在材料接触并受到载荷作用时会发生。因此，开发一种能够灵活调整系统刚度和摩擦速度的测试设备，以及相应的评估方法，对于深入理解聚合物材料的摩擦噪声特性具有重要意义。

本研究提出了一种新的测试装置，该装置具备可调刚度和摩擦速度的功能，从而能够更全面地模拟实际使用中各种聚合物组合在不同条件下的摩擦噪声行为。通过这一装置，研究者可以对摩擦引发的噪声特征进行详细分析，包括频率、振幅以及振动加速度水平（Vibration Acceleration Level, VAL）。实验中选择了三种常见的聚合物材料：聚碳酸酯（Polycarbonate, PC）、聚甲醛（Polyoxymethylene, POM）和一种聚丙烯复合材料（Polypropylene compound, PP-TDGX）。这些材料因其在汽车内饰中的广泛应用和不同的机械性能而被选中。实验在四种不同的摩擦速度和四种系统刚度设置下进行，以全面考察其在不同条件下的表现。

在数据采集过程中，使用了带通滤波器来消除背景噪声，确保信号的纯净度。同时，对时域信号进行了特征提取，以量化摩擦引发的振荡频率和振幅。VAL分析则用于评估摩擦噪声的严重程度。通过这些方法，研究人员能够更准确地识别材料之间的摩擦特性，并据此进行材料选择和优化设计。

实验结果显示，聚合物材料对摩擦速度和系统刚度的变化表现出显著的响应差异。PC材料在所有实验条件下表现出最低的摩擦声频率和振幅，而POM材料则表现出最高的摩擦声频率（高达96.1 Hz）和振幅（0.81 g），以及最高的VAL值（129.4 dB）。这表明POM材料在高刚度和高速度条件下更容易产生明显的摩擦噪声。相比之下，PP-TDGX材料在某些条件下表现出较弱的粘滑行为，尤其在较低的摩擦速度下，其噪声水平较低，因此在特定应用场景中可能更具优势。

此外，通过建立多变量线性回归模型，研究人员能够量化VAL与摩擦速度和系统刚度之间的关系。该模型不仅展示了VAL的变化趋势，还反映了不同材料对速度和刚度变化的敏感性。模型的调整R2值均超过0.92，且均方误差（MSE）较低，表明模型具有较高的可靠性。这种定量分析方法为材料的性能评估提供了新的视角，并有助于在实际设计过程中预测材料在特定工况下的表现。

研究还通过分析不同材料对摩擦速度和刚度的响应，揭示了粘滑行为与材料特性的关系。例如，PP-TDGX材料在某些条件下几乎不表现出粘滑现象，这说明其对摩擦速度和刚度的敏感性较低。因此，在设计过程中，如果需要降低摩擦噪声，PP-TDGX可能是一个更优的选择。而POM材料则在高刚度和高速度条件下表现出较高的噪声水平，这可能限制其在某些高要求的汽车内饰应用中的使用。

研究还强调了在实际应用中，摩擦噪声的评估应考虑多种因素，包括接触部件的刚度和运动速度。通过建立实验数据库，研究者可以更有效地进行材料选择，以满足特定的噪声控制需求。同时，这种方法能够帮助汽车制造商优化设计，减少开发成本和时间，提高产品的市场竞争力。

在实际的汽车装配过程中，接触部件的刚度和运动速度会受到多种因素的影响，例如装配方式、环境条件和材料特性。因此，建立一种能够模拟真实情况的测试方法，有助于更准确地预测材料在实际使用中的表现。通过本研究提出的测试装置和评估方法，研究人员可以更好地理解不同材料在不同刚度和速度条件下的噪声特性，从而为汽车设计提供科学依据。

总的来说，本研究通过开发一种新型测试设备和评估方法，解决了传统测试系统在评估聚合物材料摩擦噪声方面存在的不足。实验结果表明，材料的摩擦噪声特性与其类型、摩擦速度和系统刚度密切相关。通过调整这些参数，研究人员能够更精确地预测材料在实际使用中的噪声表现，并据此优化材料选择和设计。这一方法不仅提高了评估的准确性，还增强了其在实际应用中的灵活性，为汽车制造商在噪声控制方面提供了新的工具和思路。