某微型客車通過噪聲超標(biāo)問題的機(jī)理研究與控制

魯媛，繆勇

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

某微型客車通過噪聲超標(biāo)問題的機(jī)理研究與控制

魯媛，繆勇

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

SGMW的諸多微型客車都面臨著通過噪聲超標(biāo)的問題，此文以通過噪聲超標(biāo)的某微型客車為研究對(duì)象，介紹了汽車通過噪聲的測(cè)試方法和理論分析方法，分析了該微型客車通過噪聲超標(biāo)的原因，提出相應(yīng)的解決問題的方案及措施，并進(jìn)行驗(yàn)證。

微型客車；聲壓；通過噪聲

CLC NO.:U461.5Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-56-05

引言

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和車輛擁有量的不斷增加，車輛噪聲對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懺絹?lái)越受到重視。車輛的噪聲污染是指人對(duì)行駛中的車輛的聽覺感覺。車輛噪聲污染評(píng)價(jià)性能指標(biāo)NVH ( Noise Vibration Harshness)是衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，是車輛舒適性的一項(xiàng)關(guān)鍵動(dòng)態(tài)性能，它是（Noise-噪聲、Vibration-振動(dòng)、Harshness-不舒適度）的縮寫，對(duì)微型客車用戶而言意味著：1、無(wú)異常聲音；2、行駛時(shí)車內(nèi)較安靜，加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音飽滿有力；3、車輛振動(dòng)與沖擊感較小；4、車通過噪聲不對(duì)環(huán)境造成過大的影響。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際上各大汽車公司有近20%的研發(fā)費(fèi)用消耗在提高車輛的NVH問題上。近年來(lái)，由于全球大氣污染防治要求和環(huán)保意識(shí)的提高，車輛的允許噪聲限值也在不斷提高。雖然隨著汽車技術(shù)水平的提高，汽車噪聲輻射大幅下降，車內(nèi)噪聲水平和噪聲品質(zhì)也明顯改善，但由于交通量的急劇增加，汽車噪聲仍然不斷增長(zhǎng)。另一方面, 隨著人類生活水平的不斷提高, 對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求越來(lái)越高，迫使各國(guó)政府對(duì)汽車噪聲提出越來(lái)越嚴(yán)格的要求和限制。

微型客車是SGMW的支柱車型，以五菱之光、五菱榮光、五菱宏光為代表的產(chǎn)品以低成本高價(jià)值的設(shè)計(jì)理念贏得了用戶的廣泛認(rèn)同，然而諸多微型客車在技術(shù)研發(fā)階段都面臨著通過噪聲超標(biāo)的問題，因此，對(duì)汽車加速行駛通過噪聲的測(cè)量分析，并加以有效控制是汽車工程技術(shù)人員急待解決的重要課題。

1、GB 1495- 2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》

GB1495-2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施促進(jìn)了我國(guó)汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的噪聲控制的發(fā)展，能夠有效地降低我國(guó)汽車噪聲水平與國(guó)外發(fā)達(dá)汽車公司的差距，提高我國(guó)汽車產(chǎn)品的技術(shù)水平。

GB1495-2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》該標(biāo)準(zhǔn)是參照聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)法規(guī)ECE Reg.No.51/ 02(1997)《關(guān)于在噪聲方面汽車（至少有四個(gè)車輪）型式認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO362:1998《聲學(xué)道路車輛加速行駛噪聲測(cè)量方法工程法》中的相應(yīng)技術(shù)內(nèi)容制定；限值

則在參照ECE R51中的限值原則下，根據(jù)我國(guó)汽車產(chǎn)品的實(shí)際情況，分兩個(gè)階段制定了噪聲限值。

GB1495-2002分為2個(gè)階段實(shí)施，第1階段的實(shí)施日期為2002年10月1日至2004年12月30日，該階段工作已經(jīng)結(jié)束。第2階段的實(shí)施日期為2005年1月1日以后。2個(gè)階段噪聲限值見表1。

表1

表1中GVM為最大總質(zhì)量；P為發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率；M：至少有四個(gè)輪子并且用于載客的機(jī)動(dòng)車輛；N：至少有四個(gè)輪子并且用于載貨的機(jī)動(dòng)車輛。

M1、M2( GVM≤3.5t)和N1類汽車裝用直噴式柴油機(jī)時(shí)，其限值增加1dB(A)。對(duì)于越野汽車，其GVM＞2t時(shí)，如果P＜150kW，其限值增加1dB(A)；如果P≥150kW，其限值增加2dB(A)。M1類汽車，若其變速器前進(jìn)檔多于4個(gè)，P＞150kW, P/GVM之比大于75kW/t，并且用第三檔測(cè)試時(shí)其尾端出線的速度大于61km/h，則其限值增加1dB(A)。

2、某微型客車加速行駛通過噪聲的測(cè)量

按照GB1495-2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》的規(guī)定，加速行駛車外噪聲是測(cè)量試驗(yàn)車加速過程中的最大噪聲值。若被測(cè)樣車的噪聲超過噪聲限值，則噪聲控制人員非常關(guān)心的是在發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、進(jìn)氣噪聲或排氣噪聲中哪個(gè)噪聲源占主要成份，以便有效地控制噪聲源，使加速行駛車外噪聲滿足噪聲法規(guī)要求。通常采用吸聲、消聲、隔聲及隔振等措施，在噪聲傳播途徑中設(shè)法對(duì)其進(jìn)行控制。

2.1 測(cè)量?jī)x器

檢測(cè)所用的儀器設(shè)備均必須經(jīng)過國(guó)家指定的計(jì)量檢定部門，按國(guó)家有關(guān)計(jì)量?jī)x器的規(guī)定進(jìn)行定期檢驗(yàn)，使用時(shí)必須在檢定周期內(nèi)。

（1）聲級(jí)計(jì)。

（2）轉(zhuǎn)速、車速測(cè)量。

（3）氣象參數(shù)測(cè)量。溫度計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)在±1℃以內(nèi)。風(fēng)速儀的準(zhǔn)確度應(yīng)在±1.0m/s以內(nèi)。

2.2 測(cè)量條件

（1）測(cè)量場(chǎng)地。根據(jù)GB1495-2002標(biāo)準(zhǔn)要求確定測(cè)量場(chǎng)地。

（2）氣象條件。測(cè)量應(yīng)在良好天氣中進(jìn)行。測(cè)量時(shí)傳聲器高度的風(fēng)速不應(yīng)超過5m/s。氣象參數(shù)的測(cè)量?jī)x器應(yīng)置于測(cè)量場(chǎng)地附近,高度為1.2m。

（3）背景噪聲。背景噪聲(A計(jì)權(quán)聲級(jí))至少應(yīng)比被測(cè)汽車噪聲低10dB(A)。

2.3 測(cè)量影響因素

汽車加速行駛通過噪聲的測(cè)量方法按GB1495-2002的要求進(jìn)行, 同時(shí)注意以下4個(gè)影響加速噪聲測(cè)量結(jié)果的因素。

（1）試驗(yàn)道路。過去，我國(guó)汽車加速行駛車外噪聲的測(cè)量大部分都是在飛機(jī)場(chǎng)進(jìn)行。這些場(chǎng)地的空間聲學(xué)環(huán)境可能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，但多是水泥混凝土路面，并且有接縫。后來(lái)建成了幾個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)，都是在綜合性能試驗(yàn)路中劃定供汽車噪聲測(cè)量的路段，并考慮到了空間聲學(xué)環(huán)境的要求。

（2）大氣溫度。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)是無(wú)雨無(wú)霧天氣，相對(duì)濕度小于95%，氣溫為0～40℃，風(fēng)速小于

3m/s。但被測(cè)車輛在高溫的情況下，測(cè)得的噪聲值比該車在常溫下測(cè)得的噪聲值相對(duì)要高一些。

（3）測(cè)量誤差。測(cè)量人員站立的位置應(yīng)該是在聲級(jí)計(jì)的后面，聲級(jí)計(jì)的兩旁不能有閑人站立, 否則影響測(cè)量結(jié)果。

（4）汽車的狀態(tài)。被測(cè)汽車應(yīng)空載，輪胎氣壓應(yīng)為廠定空載狀態(tài)的氣壓值。汽車應(yīng)在各潤(rùn)滑部位的溫度已達(dá)到正常，潤(rùn)滑良好時(shí)，才能測(cè)量其噪聲。此外，汽車應(yīng)在磨合好以后

才能做噪聲測(cè)量, 沒有磨合好的汽車測(cè)量出的噪聲值偏高。

（5）駕駛員的加速行駛操作。①在試驗(yàn)時(shí)，駕駛員首先要根據(jù)被測(cè)量的車型，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，確定被測(cè)量汽車合適的擋位并且安裝好發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表。②駕駛員必須將車沿著圖1中所示的行駛中心線駕駛。 ③汽車前端到達(dá)圖1中AA′線時(shí)，必須盡可能地迅速將加速踏板踩到底(即節(jié)氣門或油門全開)，并保持不變，直到汽車尾端通過圖1中BB′線時(shí)再盡快地松開加速踏板(即節(jié)氣門或油門全開)。

3、該微型客車通過噪聲測(cè)量結(jié)果的分析

3.1 車型主要配置及參數(shù)

該微型客車的主要配置及參數(shù)見表2：

表2

3.2 相關(guān)理論分析

3.2.1 聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)

正常人耳剛剛能聽到的最低聲壓稱聽閾聲壓。對(duì)于頻率為1000Hz的聲音，聽閾聲壓約為2×10-5Pa。剛剛使人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲壓稱痛閾聲壓。對(duì)于頻率為1000Hz的聲音，正常人耳的痛閾聲壓為20Pa，從聽閾到痛閾相差100萬(wàn)倍。而從聽閾到痛閾，相應(yīng)聲強(qiáng)的變化相差10000億倍。因此用聲壓或用聲強(qiáng)的絕對(duì)值表示聲音的強(qiáng)弱都很不方便。加之人耳對(duì)聲音大小的感覺，近似地與聲壓、聲強(qiáng)呈對(duì)數(shù)關(guān)系，所以通常用對(duì)數(shù)值來(lái)度量聲音，分別稱為聲壓級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)。

式中P為距點(diǎn)聲源為r處的聲壓(Pa)；

P0為基準(zhǔn)聲壓(聽閾聲壓)，2×10-5Pa；

I為距點(diǎn)聲源為r處的聲強(qiáng)（w/m2）；

I0為基準(zhǔn)聲強(qiáng)，2×10-12w/m2。

聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)的單位都是分貝。分貝是“級(jí)”的單位，是無(wú)量綱的量。由聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系可以得出，以空氣為介質(zhì)的自由聲場(chǎng)中，常溫常壓下某一點(diǎn)的聲壓級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)近似相等。

3.2.2 能量和

當(dāng)噪聲源是由若干個(gè)噪聲形成的，計(jì)算這時(shí)的噪聲級(jí)時(shí)，就需要用到能量之和的計(jì)算，我們認(rèn)為合成的噪聲壓級(jí)LC,它是由聲壓級(jí)為L(zhǎng)1（dB）和L2（dB）的噪聲而形成的，如果對(duì)分別得噪聲量密度取為EC，E1和E2，則EC就為E1與E2之和；因此其合成后的聲壓級(jí)LC為：

同理,對(duì)于n個(gè)不同的噪聲源同時(shí)發(fā)聲，其噪聲源疊加后的總聲壓級(jí)可用下式來(lái)計(jì)算：

注：當(dāng)L1（dB）和L2（dB）是相同頻率的純音時(shí)，不能使用這個(gè)公式。

3.2.3 能量差

當(dāng)測(cè)量對(duì)象是相同聲級(jí)的背景噪聲時(shí)，則同上可得，可使用能量差計(jì)算公式:

3.2.4 聲能量貢獻(xiàn)率

由于聲壓不能疊加，而聲能量可以疊加計(jì)算，根據(jù)聲能量疊加原理，我們可以知道單個(gè)噪聲源對(duì)總得噪聲的貢獻(xiàn)率為：

3.3 微型客車加速行駛通過噪聲原狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

汽車加速行駛車通過噪聲測(cè)試計(jì)算結(jié)果(見表3)。

表3

由上表測(cè)試結(jié)果可知，該微型客車的加速行駛通過噪聲不達(dá)標(biāo)。

3.4 測(cè)量結(jié)果分析

3.4.1 微型客車車通過噪聲形成

微型客車按照結(jié)構(gòu)可以分成車體系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、離合器、傳動(dòng)軸系、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)隔離系統(tǒng)。

微型客車工作時(shí)是一個(gè)包含各種性質(zhì)噪聲的綜合噪聲源。研究結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲所占的比重最大，而隨著路面條件改善，高速行駛時(shí)輪胎噪聲已成為主要噪聲源。對(duì)于微型客車，由于車身短小、行駛速度較低，主噪聲源一般來(lái)自動(dòng)力總成, 且車通過噪聲大小通常與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。主要噪聲源如圖2所示。

通過使用分別運(yùn)轉(zhuǎn)法、屏蔽法和頻譜分析法來(lái)分析識(shí)別汽車通過噪聲貢獻(xiàn)源的方法，可以確定汽車相關(guān)部分對(duì)于整車通過噪聲的貢獻(xiàn)量和貢獻(xiàn)率，找出汽車通過噪聲的主要貢獻(xiàn)源，從而為降低汽車通過噪聲和車內(nèi)噪聲提供了解決的主次路徑，同時(shí)也為汽車工程技術(shù)人員的NVH開發(fā)提供借鑒。

該微型客車加速行駛通過噪聲源分離測(cè)試計(jì)算結(jié)果如下（見表4）

表4

4、該微型客車加速行駛通過噪聲超標(biāo)問題的措施方案和驗(yàn)證結(jié)果

4.1 針對(duì)該微型客車可以采取的措施方案

（1）調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定參數(shù)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲或降低通過噪聲。ECU標(biāo)定參數(shù)與整車的多項(xiàng)性能有關(guān)，故而需要在不影響其他系統(tǒng)正常工作的情況下，適度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）增加發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器兩側(cè)屏蔽，降低發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的輻射噪聲。

（3）改進(jìn)進(jìn)氣空濾內(nèi)管和進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)，降低進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲。

（4）優(yōu)化排氣消聲器設(shè)計(jì)，降低4000rpm以下的低頻噪聲。選用管口噪聲更低的利和排氣消聲器總成。

（5）優(yōu)化輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低輪胎噪聲。選用胎噪更低的玲瓏輪胎。

4.2 驗(yàn)證結(jié)果

(1)更換消聲器

消聲器①：2G WOT（全油門加速）頻譜分析圖（圖3）

消聲器②：2G WOT（全油門加速）頻譜分析圖（圖4）

優(yōu)化消聲器后的測(cè)試計(jì)算結(jié)果（見表5）

表5

(2)調(diào)整ECU標(biāo)定參數(shù)

調(diào)整ECU標(biāo)定參數(shù)后（延時(shí)0.2s）的測(cè)試計(jì)算結(jié)果（見表6）

表6

（3）多項(xiàng)措施組合的方案

共有7項(xiàng)措施方案，組合如下：

方案一：消聲器②+原車輪胎①+ECU5.7+空濾插入管延長(zhǎng)

方案二：消聲器②+ECU5.7+進(jìn)氣縮口+輪胎②+發(fā)動(dòng)機(jī)屏蔽件

方案三：消聲器②+ECU5.7+輪胎②+發(fā)動(dòng)機(jī)屏蔽件

方案四：消聲器②+ECU5.7+輪胎②

方案五：消聲器②+ECU5.7+輪胎②+更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油②

方案六：消聲器②+ECU5.7+輪胎②+更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油②+進(jìn)氣縮口

方案七：消聲器②+ECU5.7+輪胎②+更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油②+進(jìn)氣縮口+進(jìn)氣系統(tǒng)放車內(nèi)

各項(xiàng)方案的測(cè)試計(jì)算結(jié)果見表7：

Study on the problem of a minibus pass-by noise

Lu Yuan, Mou Yong
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007）

Many minibuses in SGMW face a problem of the pass-by noise exceed the standard. Setting one minibus as the research object, this article mainly discussed the minibus pass-by noise exceed the standard root cause and counter-measures.

minibus; sound pressure; pass-by noise

U461.5

A

1671-7988(2014)11-56-05

魯媛，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)開發(fā)中心。