降低輕型客車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲的研究

鄭君峰 王強(qiáng)

（康明斯（中國(guó)）投資有限公司）

降低輕型客車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲的研究

鄭君峰 王強(qiáng)

（康明斯（中國(guó)）投資有限公司）

為了解決某自主研發(fā)的輕型客車(chē)車(chē)內(nèi)異響且噪聲大等問(wèn)題，通過(guò)頻譜分析、頻響函數(shù)等噪聲振動(dòng)分析方法進(jìn)行了噪聲源識(shí)別,發(fā)現(xiàn)其發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣噪聲和車(chē)身低頻結(jié)構(gòu)聲是噪聲的主要來(lái)源。針對(duì)進(jìn)氣噪聲，設(shè)計(jì)了合適的1/4波長(zhǎng)管，消除了共振頻率噪聲成分；針對(duì)結(jié)構(gòu)噪聲，調(diào)整了怠速轉(zhuǎn)速，避開(kāi)結(jié)構(gòu)共振，從而降低了低頻結(jié)構(gòu)聲。改進(jìn)后實(shí)車(chē)驗(yàn)證表明，車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)大幅降低,異響消除,聲品質(zhì)得到了顯著改善。

以某自主開(kāi)發(fā)的輕型客車(chē)為例，針對(duì)存在的振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和分析，研究了噪聲源識(shí)別和各主要噪聲源對(duì)整車(chē)噪聲的影響。根據(jù)研究結(jié)果采取了減振降噪措施，取得了理想效果。

1 整車(chē)振動(dòng)噪聲測(cè)試

汽車(chē)的噪聲主要來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、輪胎、車(chē)身和汽車(chē)附件等。這些噪聲源互相關(guān)聯(lián)、互相影響，因此需要根據(jù)具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)進(jìn)行診斷和識(shí)別。某自主開(kāi)發(fā)的輕型客車(chē)存在車(chē)內(nèi)噪聲問(wèn)題，所以首先需要進(jìn)行噪聲源識(shí)別，確定車(chē)內(nèi)噪聲的主要來(lái)源、噪聲源引起噪聲的機(jī)理及其傳遞路徑。噪聲源識(shí)別的第一步,就是對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)[1]。

噪聲測(cè)試在平直道路上進(jìn)行，變速器分別掛空擋和3擋，油門(mén)全開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷∷俚? 600 r/min。主觀感覺(jué)低怠速時(shí)車(chē)內(nèi)振動(dòng)較大，有耳膜壓迫感；加速過(guò)程中聲音的線性度不好，進(jìn)氣噪聲很明顯，且存在“突突”的車(chē)內(nèi)異常噪聲。進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的同時(shí)采集了車(chē)內(nèi)噪聲，測(cè)試了駕駛員、中排乘客和后排乘客耳旁的噪聲，并做了頻譜分析。

圖1為怠速時(shí)車(chē)內(nèi)噪聲的1/3倍頻程圖。從圖1可以看出，怠速時(shí)車(chē)內(nèi)噪聲高達(dá)60 dB（A），主要由500 Hz以下的中低頻噪聲主導(dǎo)，其中低頻（25 Hz，點(diǎn)火頻率）噪聲很大，通常是由于整車(chē)隔振效果不好，傳遞較大的振動(dòng)到車(chē)身，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)共鳴所致。圖2是車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)隨轉(zhuǎn)速變化曲線。從圖2中可以看出，駕駛員、中排乘客和后排乘客處的聲壓級(jí)整體上看都是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增加，但是局部出現(xiàn)了大的波動(dòng)，聲壓級(jí)突然增加了2～3 dB（A），這個(gè)變化足以使人耳感覺(jué)到。這與主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果基本一致。進(jìn)一步從圖3的瀑布圖可以看出，駕駛員耳旁噪聲存在180 Hz和280 Hz兩個(gè)明顯的共振頻率帶，后排乘客耳旁噪聲還有150 Hz的共振頻率帶。

結(jié)合圖2和圖3進(jìn)行分析，可以做如下推測(cè)：汽車(chē)加速時(shí)車(chē)內(nèi)噪聲的波動(dòng)及“突突”異響和幾個(gè)共振頻率帶有很大關(guān)系，需要找出對(duì)應(yīng)的噪聲源。

由于150 Hz的共振頻率只出現(xiàn)在后排，因此首先懷疑排氣噪聲問(wèn)題，所以在車(chē)外測(cè)試了排氣口的噪聲。圖4是原地加速時(shí)排氣口噪聲的瀑布圖，從圖4中可以看出，在150 Hz左右有共振頻率，由此可以說(shuō)明后排對(duì)應(yīng)頻率的噪聲來(lái)自排氣口輻射噪聲。

然后綜合考慮180 Hz和280 Hz的共振頻率帶和“突突”異響。主觀判斷異響來(lái)自進(jìn)氣口，而該車(chē)采用的是氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，提供壓縮空氣的空壓機(jī)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的一側(cè)并與發(fā)動(dòng)機(jī)共用進(jìn)氣系統(tǒng)。由于空壓機(jī)活塞上下運(yùn)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)周期性的開(kāi)閉，在空壓機(jī)進(jìn)氣管和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)會(huì)造成壓力脈動(dòng)從而輻射噪聲[2]。因此，在整車(chē)怠速時(shí)切斷空壓機(jī)進(jìn)氣（堵住空壓機(jī)進(jìn)氣口，空壓機(jī)空轉(zhuǎn)），分析空壓機(jī)進(jìn)氣噪聲的影響。圖5是怠速時(shí)切斷空壓機(jī)進(jìn)氣前、后車(chē)內(nèi)噪聲頻譜的對(duì)比，從圖5可以看出，切斷空壓機(jī)進(jìn)氣后，對(duì)應(yīng)180 Hz和280 Hz頻率附近的聲壓級(jí)大幅降低，而且主觀感覺(jué)“突突”異響幾乎完全消失。據(jù)此可以判斷180 Hz和280 Hz共振頻率來(lái)自空壓機(jī)進(jìn)氣噪聲，同時(shí)也是“突突”異響的噪聲源。

至此，已經(jīng)找到了幾個(gè)共振頻率及異響的噪聲源，需要進(jìn)一步研究低頻結(jié)構(gòu)噪聲的問(wèn)題。設(shè)計(jì)了懸置振動(dòng)試驗(yàn)，評(píng)估動(dòng)力總成懸置的隔振率；錘擊散熱器總成和排氣管總成，評(píng)估安裝狀態(tài)下的模態(tài)頻率。測(cè)試結(jié)果表明，動(dòng)力總成懸置的隔振率都在80%以上，基本滿(mǎn)足輕型客車(chē)隔振要求。但圖6所示的散熱器總成1階模態(tài)頻率在25 Hz左右，正好對(duì)應(yīng)低怠速750 r/min的2階點(diǎn)火頻率。圖7所示的排氣管總成1階模態(tài)頻率在25Hz左右，也容易與怠速振動(dòng)耦合，產(chǎn)生共振。為了

驗(yàn)證這種振動(dòng)耦合對(duì)車(chē)內(nèi)低頻結(jié)構(gòu)噪聲的影響，將怠速轉(zhuǎn)速?gòu)?50 r/min降到700 r/min，使模態(tài)頻率與怠速點(diǎn)火頻率錯(cuò)開(kāi)。從圖8所示的車(chē)內(nèi)駕駛員耳旁噪聲中可以看出，對(duì)應(yīng)的25 Hz等結(jié)構(gòu)聲改善明顯，總體聲壓級(jí)降低了近3 dB（A），可知振動(dòng)耦合對(duì)車(chē)內(nèi)低頻噪聲影響很大，必須改進(jìn)。

觀察空氣濾清器發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)方形的進(jìn)氣口截面積很大，導(dǎo)致擴(kuò)張比小，進(jìn)氣消聲效果不好。為此設(shè)計(jì)了一個(gè)進(jìn)氣噪聲隔離試驗(yàn)，客觀評(píng)價(jià)進(jìn)氣噪聲對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響。即用一段長(zhǎng)管將進(jìn)氣噪聲引開(kāi)，并且空氣濾清器表面覆蓋一層隔音材料。圖9是隔離進(jìn)氣噪聲后怠速車(chē)內(nèi)駕駛員耳旁噪聲1/3倍頻程對(duì)比圖，從中可以看出，進(jìn)氣噪聲的主要影響范圍為125～400 Hz，隔離進(jìn)氣噪聲后車(chē)內(nèi)噪聲降低了2.5 dB（A），即進(jìn)氣噪聲對(duì)怠速車(chē)內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)率接近50%。圖10是隔離進(jìn)氣噪聲后轉(zhuǎn)速變化時(shí)車(chē)內(nèi)駕駛員耳旁噪聲聲壓級(jí)對(duì)比，同樣可以看出，隔離進(jìn)氣噪聲后車(chē)內(nèi)加速噪聲明顯降低。因此一定要改進(jìn)空氣濾清器以降低進(jìn)氣噪聲。

2 減振降噪措施及效果

根據(jù)以上測(cè)試和分析結(jié)果，并結(jié)合實(shí)際條件，對(duì)樣車(chē)進(jìn)行了減振降噪工作。

2.1 進(jìn)氣消聲特性改進(jìn)

進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲主要是指進(jìn)氣口處的噪聲。該樣車(chē)的測(cè)試結(jié)果表明進(jìn)氣噪聲對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)非常大，而且空壓機(jī)的進(jìn)氣噪聲存在共振頻率，所以需要改進(jìn)進(jìn)氣消聲特性?？諝鉃V清器除了過(guò)濾空氣外，另一個(gè)重要功能是消除進(jìn)氣口的噪聲?？諝鉃V清器相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)張消聲器，其容積大小和尺寸決定了傳遞損失和中心頻率。空氣濾清器的容積一般要求至少達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)容積的3倍以上，才能達(dá)到良好的消聲效果[3]?？紤]樣車(chē)的安裝空間，選擇了一款容積為21 L的空氣濾清器（是發(fā)動(dòng)機(jī)容積的5倍）?？諝鉃V清器消聲的另一方面考慮是管道的截面積，管道截面積越小，擴(kuò)張消聲器擴(kuò)張比就越大，因此傳遞損失就越大，消聲效果就越好。為此，選擇新空氣濾清器的擴(kuò)張比是6.5?？諌簷C(jī)進(jìn)氣共振頻率原理是當(dāng)聲波傳到旁支消聲器后，一部分入射波被返回主管形成反射波，一部分入射波繼續(xù)在主管傳播形成投射波。利用消聲器內(nèi)某些頻率的反射波與主管的入射波相位相反，相互抵消，使得入射波的幅值降低[3]。這是一種共振消聲器，通常包括赫爾姆茲消聲器和1/4波長(zhǎng)管兩種形式。考慮到成本和可操作性，決定選擇1/4波長(zhǎng)管。

1/4波長(zhǎng)管共振頻率為：

式中，c為聲速；L為波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度；r是波長(zhǎng)管半徑。

可見(jiàn)影響1/4波長(zhǎng)管的因素是長(zhǎng)度和截面積，長(zhǎng)度決定了傳遞損失的頻率，其截面積與進(jìn)氣主管的截面積之比決定了傳遞損失的幅值大小[4]。試驗(yàn)得到需要消除的共振頻率是180 Hz和280 Hz。根據(jù)計(jì)算，需要內(nèi)徑為25 mm、長(zhǎng)度為490 mm和320 mm的兩根波長(zhǎng)管。

2.2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲改進(jìn)

結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲改進(jìn)措施包括減少散熱器總成和排氣系統(tǒng)總成隔振軟墊的剛度、降低安裝頻率、與怠速點(diǎn)火頻率錯(cuò)開(kāi)等，但考慮到改進(jìn)成本和軟墊的耐久性，決定采取調(diào)整怠速轉(zhuǎn)速到700 r/min的方式來(lái)改善車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲。

2.3 車(chē)內(nèi)降噪

前圍鈑金和地板用EVA+PU做隔聲處理，駕駛艙地板用熱熔性阻尼膠進(jìn)行局部加強(qiáng)。對(duì)內(nèi)飾件進(jìn)行改進(jìn)，選用隔聲、吸聲效果好的內(nèi)飾材料。

由于排氣系統(tǒng)空間的限制，未考慮加裝二級(jí)消聲器來(lái)消除排氣共振頻率。

2.4 改進(jìn)效果

圖11是改進(jìn)前、后怠速車(chē)內(nèi)駕駛員耳旁噪聲的1/3倍頻程對(duì)比，從圖11中可以看出，低頻結(jié)構(gòu)聲和對(duì)應(yīng)進(jìn)氣噪聲的125～400 Hz頻率段噪聲有明顯改善，聲壓級(jí)降低了近4 dB（A）。圖12是改進(jìn)前、后加速車(chē)內(nèi)噪聲的聲壓級(jí)對(duì)比，相比原狀態(tài)，車(chē)內(nèi)各點(diǎn)噪聲明顯降低，中間轉(zhuǎn)速區(qū)可降低3～5 dB（A），且主觀感覺(jué)進(jìn)氣噪聲減弱很多。圖13是改進(jìn)前、后車(chē)內(nèi)駕駛員耳旁噪聲的瀑布圖對(duì)比，可以看到1/4波長(zhǎng)管有效消弱了共振頻率，達(dá)到了預(yù)期效果。

Study on Reducing Interior Noise of Light Bus

Zheng Junfeng,Wang Qiang
（Cummins(China)Investment Co.,Limited）

Unacceptable abnormal and excessive in-cab noise has been found on one self-developed light bus.To identify noise source,noise vibration analysis methods,i.e.frequency spectrum analysis,frequency-response function,etc., are made,which shows that engine intake noise and body low-frequency structural noise are the main noise sources.For intake noise,a 1/4 wavelength pipe is designed to attenuate resonance frequency noise;for structural noise,idle speed is adjusted to avoid structural resonance,thus reducing low frequency structural noise.With those improvement measures,the in-cab noise has been reduced dramatically with abnormal noise eliminated,sound quality is also improved obviously.

Lightbus,Interiornoise,Noisesourceidentification,Resonanceacoustic attenuation,Frequency spectrum analysis

輕型客車(chē) 車(chē)內(nèi)噪聲 聲源識(shí)別 共振消聲 頻譜分析

U467.4+93

A

1000-3703（2015）12-0008-04