0 引言

近年来，在国家“碳达峰、碳中和”战略目标的引领下，新能源汽车市场快速扩张。与传统燃油车不同，新能源汽车的驱动系统固有噪声极低，乘员舱内的风噪、路噪问题愈发突出，对整车NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能提出了更高要求。与此同时，电池包的引入大幅增加了整车自重，研究表明整车质量每降低100kg，续驶里程可提升约8%～11%，轻量化因此成为各大整车厂竞相攻克的核心课题。

汽车玻璃系统（包括前风窗、后风窗、车门侧窗和全景天幕等）在整车总重量中的占比约为2%～4%。然而，随着全景天幕在中高端车型上的大面积普及，单车玻璃使用面积已从传统的约4m2增至6m2甚至更高，玻璃系统的绝对重量也随之显著上升。以理想汽车某车型为例，全车玻璃系统质量超过60kg，减重空间不容忽视。

夹层玻璃中间膜（通常为PVB膜）的性能升级，是玻璃系统轻量化与NVH性能提升的关键突破口。传统PVB膜以保证安全（破碎不飞溅）为主要功能，弹性模量较低；而高刚性PVB膜通过调整配方中的聚合度与塑化剂比例，大幅提升了自身模量，使其能够承担更多结构载荷，进而允许无机玻璃本体进行减薄，实现“以膜代玻”的减重目标。与此同时，通过PVB膜三层共挤工艺，在PVB膜的高刚性层中间引入高阻尼层，可实现刚性与隔声性能的协同提升，从而在减重的同时不牺牲车内静谧性。

基于理想汽车某车型的开发数据，系统介绍高刚性增强隔声PVB的技术原理、力学性能、声学性能及减重效果，为同类新能源汽车的玻璃系统轻量化设计提供参考。

1 技术方案

1.1 技术路线

本项目的核心技术路线为：通过提升PVB中间膜的弹性模量（刚性），在保持夹层玻璃整体刚度不变的前提下，减薄无机玻璃基板的厚度，从而实现玻璃系统减重。

传统基准方案（量产状态）采用普通隔声PVB膜，玻璃结构为“2.1mm+普通隔声PVB膜（0.76mm）+2.1mm”，无机玻璃总厚度4.2mm，玻璃总成厚度4.96mm。

目标开发方案采用高刚性增强隔声PVB膜，玻璃结构厚度经过多轮迭代优化。

若为“2.1mm+高刚性增强隔声PVB膜（1.14mm）+1.6mm”，无机玻璃总厚度减薄至3.7mm，其对应减薄幅度约12%，玻璃总厚度为4.84mm。

若为“2.1mm+高刚性增强隔声PVB膜（1.14mm）+1.8mm”，无机玻璃总厚度减薄至3.9mm，其对应减薄幅度约7%，玻璃总厚度为5.04mm。

1.2 高刚性增强隔声PVB膜结构图

高刚性增强隔声PVB膜，采用三层共挤复合结构如图1所示。

图1 高刚性增强隔声PVB膜三层结构示意

外层（刚性层）采用高模量PVB，提供结构刚性支撑与玻璃粘接强度；芯层（隔声层）采用特殊高阻尼黏弹性材料，用于耗散声振能量，改善NVH性能。总厚度1.14mm（较量产的普通隔声PVB膜的0.76mm增厚50%）。

1.3 高刚性增强隔声PVB膜材料特性

与普通PVB膜相比，高刚性增强隔声PVB膜的关键性能差异见表1。

高刚性PVB膜刚性的提升使得玻璃夹层整体能够以“复合梁”形式传递载荷，即使无机玻璃基板减薄，夹层玻璃系统的整体刚度仍可维持在量产水平，满足整车刚性法规与工程要求。

2 性能验证

本项目经历了多轮测试，逐步优化玻璃结构及PVB配方，并验证力学与声学性能。

2.1 力学性能（刚性）验证

为了尽量减重，理想汽车首轮设计将无机玻璃总厚度由4.2mm（2.1+2.1）减薄至3.7mm（2.1+1.6），对刚性进行表征。结果表明，即使在3.7mm的较激进减薄方案下，夹层玻璃仍可维持与基准方案（4.2mm）基本相当的整体刚性，验证了高刚性PVB对无机玻璃的刚性补偿效果（如图2中3#所示）。如果仅使用普通隔声PVB直接减薄玻璃，则刚性下降至78%（以base100%计），下降明显。

1#：2.1mm厚玻璃+普通隔声PVB+2.1mm厚玻璃。

2#：2.1mm厚玻璃+普通隔声PVB+1.6mm厚玻璃。

3#：2.1mm厚玻璃+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.6mm厚玻璃。

图2 不同厚度方案夹层玻璃刚性对比测试结果

2.2 声学性能（NVH）验证

本研究的声学性能，通过测试STL（Sound Transmission Loss）来评估，频率范围覆盖全频段。

2.2.1 第一轮测试结果

无机玻璃部分总厚度减薄至3.7mm（2.1+1.6）时（曲线3#），刚性虽满足要求，但中频段（如800～3150Hz）STL较基准方案（曲线1#）下降2～3dB，整车NVH风险较大，该3.7mm（2.1+1.6）厚度方案不予推进（图3）。但本次测试，验证了高刚性增强隔声PVB在1.14mm厚度下（曲线3#），中频段STL优于0.76mm厚度（曲线2#），后续我们将优先采用1.14mm的高刚性增强隔声PVB方案。

图3 STL频谱对比1

曲线1#：2.1mm厚玻璃+普通隔声PVB+2.1mm厚玻璃。

曲线2#：2.1mm厚玻璃+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.6mm厚玻璃。

曲线3#：2.1mm厚玻璃+高刚性增强隔声PVB（0.76mm）+1.6mm厚玻璃。

2.2.2 第二轮测试结果

因第一轮测试将无机玻璃调整为3.7mm时（2.1+1.6），STL下降较多，整车NVH风险较大。第二轮测试，我们将减薄目标调整为3.9mm，采用高刚性增强隔声PVB（1.14mm）配方重新测试。结果显示，3.9mm方案（曲线3#）的STL较4.2mm的基准方案（曲线1#）在4000~6000Hz频段提升1～2dB，隔声性能整体优于减薄前水平（图4）。成功验证了在玻璃减薄的情况下，刚性和STL可以同时维持。

图4 STL频谱对比2

曲线1#：2.1mm厚玻璃+普通隔声PVB+2.1mm厚玻璃。

曲线2#：2.0mm厚玻璃+普通隔声PVB+1.9mm厚玻璃。

曲线3#：2.0mm厚玻璃+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.9mm厚玻璃。

2.2.3 第三轮测试结果

考虑到市面上无机玻璃厚度2.1mm、1.8mm的规格多于2.0mm、1.9mm规格，综合成本考量，本次测试我们以2.1+1.8mm为基准替代第二轮测试中2.0+1.9mm的方案，来匹配无机玻璃总厚度3.9mm进行复测。测试结果显示，曲线2与曲线1相比，STL基本重叠，再次验证了在玻璃减薄的情况下，刚性和STL可以同时维持，如图5所示。最终确定了2.1+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.8的设计方案，是符合技术要求的方案。

图5 STL频谱对比3

曲线1#：2.1mm厚玻璃+普通隔声PVB+2.1mm厚玻璃。

曲线2#：2.1mm厚玻璃+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.8mm厚玻璃。

3 减重效益核算

以理想汽车某车型为例，新方案（2.1mm+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.8mm，玻璃总厚度5.04mm）与基准方案（2.1mm+普通隔声PVB（0.76mm）+2.1mm，玻璃总厚度4.96mm）进行减重对比核算，结果见表3。

全车玻璃系统（仅考虑车门玻璃与天窗的情况下）合计减重2.8kg，减重幅度约5%。对于该车型（整备质量约2600kg）而言，该方案直接贡献减重2.8kg，折合续驶里程提升约0.2%。作为单一材料替换方案，无须改变玻璃外观尺寸及车身安装结构，工程落地成本低，减重收益较为显著。

4 成本与风险分析

高刚性增强隔声PVB方案在减重的同时，也带来一定成本增量与工艺风险，主要体现在以下两方面。

（1）成本：高刚性增强隔声PVB单价高于普通PVB膜，加之膜厚增加（0.76mm→1.14mm），中间膜材料成本有所上升。同时，无机玻璃减薄后，薄玻璃的切割、钢化及夹层压制工艺难度提升，玻璃制造良品率可能有所下降，需与供应商协同优化工艺窗口。综合评估，材料与工艺成本增量需与轻量化带来的车辆全生命周期收益（续驶提升、碳排放降低等）进行综合平衡。

（2）良品率：薄玻璃（如1.6～2.0mm）在热弯成型和高压釜夹层工艺中，玻璃破碎率风险高于标准厚度玻璃，需要供应商针对薄板玻璃优化成型温度、压力及模具参数，以保证量产良品率满足要求。目前，行业内已有很多量产车型应用薄玻璃，说明上述工艺风险在工程层面是可控的。

5 结语

本文基于理想汽车某车型的系统开发与多轮测试验证，得出以下结论。

（1）高刚性增强隔声PVB材料本身的弹性模量较普通隔声PVB提升约400%，可有效补偿无机玻璃减薄带来的刚度损失，实现在玻璃总厚度减薄至3.9mm时仍维持与基准方案（4.2mm）基本等同的整体刚性。

（2）经过方案迭代优化，“2.1mm+高刚性增强隔声PVB（1.14mm）+1.8mm”结构在全频段STL性能上持平同规格普通增强隔声方案[2.1mm+普通隔声（0.76mm）+2.1mm]，成功实现了减重的同时，性能可维持。

（3）以理想汽车某车型为例，该方案可实现全车玻璃系统减重约2.8kg，为整车轻量化目标贡献显著。

参考文献

[1] 中国汽车工程学会.节能与新能源汽车技术路线图2.0[M].北京:机械工业出版社,2020.

[2] 庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京:机械工业出版社,2015.

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