乘用车怠速车内噪声源识别及控制措施研究

陈达亮李洪亮高辉车云龙

（中国汽车技术研究中心）

乘用车怠速车内噪声源识别及控制措施研究

陈达亮李洪亮高辉车云龙

（中国汽车技术研究中心）

以某自主品牌乘用车怠速车内噪声为研究对象，通过动力总成悬置系统隔振率试验、车内噪声分离试验等方法定量确定车内各噪声源的贡献量大小，并从排气管口噪声源控制、悬置垫结构传递路径控制及防火墙隔音垫空气传递路径控制等方面分别提出怠速车内噪声控制的改进措施。采取改进措施后的试验样车怠速工况下车内噪声降低3.5dB（A），达到国内合资品牌水平。

1 前言

怠速工况下，车内噪声主要来自动力总成本体噪声及不平衡激励力和力矩传递至车身所引起振动而产生的噪声。怠速工况车内噪声从传递路径上可分为两大类别，即空气路径传播噪声（简称为空气噪声）和结构路径传播噪声（也称结构噪声）。空气噪声主要由通过车身缝隙或孔洞进入驾驶舱内的动力总成本体噪声、消声器壳体噪声和排气尾管管口噪声组成；而结构噪声则主要由动力总成不平衡激励力和力矩经悬置垫传递至车身，以及排气管路激振力经吊耳传递至车身引起振动所致。怠速车内噪声控制首先是定量分析主要噪声源的贡献量大小，并进行排序，然后施加有针对性的控制措施。本文以某款自主品牌乘用车为研究对象，阐述该车怠速车内噪声控制的流程、主要控制措施及其降噪效果。

2 怠速车内噪声源识别试验

该款乘用车怠速车内噪声整体水平如图1所示，其中驾驶员右耳处为48.63 dB（A），后排右侧乘员右耳处为47.10 dB（A）。从图1中可以看出，噪声能量主要集中在600 Hz以下中低频段，尤其是第2、4、6阶次噪声和200 Hz左右频段噪声。

基于CATARC数据库，可知目前市场上怠速工况车内噪声平均水平为：国外品牌乘用车为38～42 dB（A），国内合资品牌为42～45 dB（A），国内自主品牌为45～50 dB（A）。因此，要进一步提升该自主品牌乘用车品质，应对怠速车内噪声作进一步处理，首要问题是寻找怠速工况下车内噪声最主要的噪声源。

2.1 动力总成悬置垫隔振率测试

动力总成悬置垫隔振率指标是反映一款乘用车悬置系统设计优劣的重要指标，同时间接体现车内结构噪声贡献量大小。表1为动力总成4个悬置垫主、被动侧振动幅值大小统计结果。按照一般规则[2]，悬置垫被动侧振动幅值的大小应低于1/10倍主动侧振幅值。因此，通过对比主、被动侧振动加速度有效值，可以对相应悬置垫的隔振率好坏进行评价。试验样车在怠速工况下仅有左悬置垫的隔振率满足要求，其它3个悬置垫在不同方向上都存在振动衰减不充分的缺陷。依据上述分析结果来判断，该动力总成悬置系统需要进一步优化。

表1 悬置系统隔振性能评价g

2.2 怠速噪声部件分离试验

为了定量分析怠速工况下各噪声源对车内噪声的贡献量大小，以便有针对性地加以改进，对试验样车进行怠速噪声分离试验，测试结果如表2所列；进一步贡献量计算结果见表3。

表2 怠速车内噪声部件分离试验测试结果dB（A）

由于部件分离试验在室内且车辆悬空状态下进行，会受到周围环境的影响，因此其基准状态（原车状态）测量结果与室外空旷场地测试结果（图1）相比有一定误差，但是不影响部件贡献量之间的比较和排序。由表3可知，对驾驶员右耳处噪声的贡献量而言，结构噪声略大于空气噪声；而对后排右侧乘员右耳处噪声的贡献量而言，空气噪声比结构噪声大1.3 dB（A）。其中，针对驾驶员右耳处噪声而言，各部件的贡献量大小排序依次为悬置垫、动力总成本体噪声、排气尾管噪声和吊耳；而对于后排右侧乘员右耳处排序相似。由此可以确定，该试验样车怠速工况下车内主要噪声源为通过悬置垫传递的结构噪声、动力总成本体噪声以及排气尾管管口噪声。

表3 怠速车内噪声部件贡献量计算结果dB（A）

3 怠速车内噪声控制措施

依据上述怠速车内噪声部件分离试验结果，可以确定试验样车整改对象为动力总成悬置垫、防火墙隔音垫和排气消声器。

3.1 动力总成悬置垫改进

通过计算和试验调校相结合的方法可以确定最佳的动力总成悬置系统方案。动力总成悬置系统扭矩轴坐标系定义如下：坐标原点位于质心处，X正向沿扭矩轴由飞轮端指向发动机自由端，Y正向水平指向排气侧，Z正向按右手定则确定，Rxx表示绕X轴方向，Ryy表示绕Y轴方向，Rzz表示绕Z轴方向。在动力总成质心惯量测试台上测得该动力总成质心位置与转动惯量参数见表4，其中Ixx、Iyy和Izz表示动力总成刚体转动惯量，Ixy、Iyz和Izx表示动力总成刚体惯性积。利用自编动力总成悬置系统刚体模态计算程序MOUNT[1]，由表5所述悬置垫动刚度参数，可以计算出该动力总成悬置系统刚体模态参数（表6）。

表4 动力总成质量惯性参数

表5 动力总成悬置垫动刚度参数（优化前）N/mm

表6 动力总成刚体模态能量分布（优化前）

由表6可知，扭矩轴方向（Rxx为怠速工况下动力总成最大不平衡激励方向）刚体模态能量主要集中在20.8Hz和28.1Hz。由于原车怠速转速为900±50r/min，发火频率为30±1.7 Hz，易激起扭矩轴方向的刚体模态，导致怠速工况NVH性能恶化。由此可见，该动力总成悬置系统与整车匹配设计不佳，需要进一步优化。

按照一般规则[2～4]，扭矩轴方向模态频率处于1/3～1/2倍发火频率时最为理想。考虑到原动力总成扭矩轴方向角较大且左右承载悬置垫空间布置的限制，使得该悬置系统扭矩轴方向模态参数很难达到理想状态。

在上述约束条件下，以悬置系统刚体模态频率和解耦度参数为优化目标，优化悬置垫的各向刚度值，获得改进后各悬置垫动刚度参数如表7所列，相应的刚体模态参数见表8。从隔振理论而言，改进后动力总成扭矩轴方向刚体模态频率为21 Hz，所有刚体模态频率皆处于隔振有效范围内。同时，刚体模态解耦程度获得较大提升，尤其是往复不平衡惯性力激励方向（Z向）由43.3%增加至76.3%，扭矩波动激励方向（Rxx方向）由54.5%增加至91.2%。结合极限工况试验进一步微调，所确定的悬置垫改进样件如图2所示。试验表明，改进后样件使得样车怠速NVH性能明显改善。

表7 动力总成悬置垫动刚度参数（优化后）N/mm

表8 动力总成刚体模态能量分布（优化后）

3.2 防火墙隔音垫改进

原车防火墙隔音垫材料组分为无纺布和再生毡，其示意图如图3所示。由上述噪声源识别结果可知，其隔、吸音性能不足，需要进一步提升。

基于原车防火墙隔音垫提出改进方案，其材料组分依次为无纺布、再生毡、EPDM、再生毡和无纺布，具体如图4所示。为了加强隔音性能，在材料组分中增加了EPDM层，而提升吸音性能主要依赖于增大再生毡的厚度。利用混响-半消声室法，测试改进前、后防火墙内前围隔音垫试样的隔声量对比如图5所示。

3.3 排气主消声器改进

考虑到怠速工况下排气尾管管口噪声和车内噪声主要以低频为主，且原车消声器安装空间有限，因此排气主消声器的改进原则为在不增加壳体容积的情况下，主要改善低频特征噪声。依据一维流体力学计算和经验数据库的支持，在不影响原车排气背压的情况下，提出排气主消声器改进方案如图6所示。

4 怠速降噪措施验证试验

为了验证上述一系列降噪措施的有效性，测试对比试验样车改进前、后车内噪声和排气尾管管口噪声大小。

4.1 怠速车内噪声测试

依据国家标准GB/T 18697-2002《声学-汽车车内噪声测量方法》[5]，在车内驾驶员右耳处和后排右侧乘员右耳处布置两个传感器，测试怠速工况下改进前、后车内噪声大小，结果如表9和图7所示。

表9 改进前、后怠速车内噪声对比dB（A）

由表9和图7可知，通过施加降噪措施，可以使试验样车怠速工况下驾驶员右耳处噪声降低3.5dB（A），后排右侧乘员右耳处噪声降低3.8 dB（A）。改进后，该车型怠速工况下车内噪声基本达到了国内合资品牌的水平。

4.2 怠速尾管管口噪声测试

依据国家标准GB/T 14365-93《声学-机动车辆定置噪声测量方法》[6]测试怠速工况下排气尾管管口噪声大小，结果如表10和图8所示。从测试结果可知，改进后排气尾管管口噪声降低了4 dB（A），尤其体现在低频段，达到了设计目的。排气尾管管口噪声的改善，在降低车内噪声的同时，也有利于提升顾客对怠速工况下车外噪声的主观感受。

表10 改进前后怠速尾管管口噪声对比dB（A）

5 结束语

以某自主品牌试验样车怠速工况下车内噪声控制为研究对象，系统地阐述了整个改进流程、相关设计原则以及具体降噪措施，可知：

a.悬置垫隔振率测试能够判断悬置系统设计性能的优劣，同时可以间接识别车内结构噪声的来源。

b.部件分离试验方法能够定量分析出车内主要噪声源的大小，为提出有效的降噪措施提供依据，在工程上是较实用的试验手段。

c.动力总成悬置系统的设计应采用理论计算与试验调校相结合的方式才能获得最佳解决方案。

d.获得优良怠速工况车内噪声的前提是在设计阶段即已设定悬置系统、发动机以及排气系统噪声的相应控制指标。

1陈达亮.发动机整车匹配中的振动噪声识别与控制研究：[学位论文].天津:天津大学，2008，51～57.

2庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动—理论与应用.北京:北京理工大学出版社，2006，280～282.

3Heinz Heisler.Advanced vehicle technology.Oxford:Butterworth-Heinemann，2002，368～449.

4Randall S Beikmann.Roll-down considerations in idle quality.SAE Technical paper series，2001-01-1501，1～3.

5国家质量监督检验检疫总局.GB/T18697-2002《声学-汽车车内噪声测量方法》.北京:中国标准出版社，2002，4～5.

6国家质量监督检验检疫总局.GB/T14365-93《声学-机动车辆定置噪声测量方法》.北京:中国标准出版社，1993，2～6.

（责任编辑晨曦）

修改稿收到日期为2014年3月1日。

Investigation on Noise Sources Identification and Control of Idling Noise inside Car

Chen Daliang，Li Hongliang，Gao Hui，Che Yunlong
（China Automotive Technology and Research Center）

In this paper，a car model of domestic brand is taken as research object to investigate the interior noise control in idling.The vibration isolation test of engine mounts and interior noises separation test，etc.，are carried out to quantify contribution of different interior noise sources.Measures to improve interior noise control in idling are presented in this paper including control of noise source at exhaust outlet，control of suspension cushion structure transfer path，and control of air transfer path of firewall and sound-proof pad.With such modifications，the test car reduces its interior noise by 3.5 dB（A）in idling，which enables its noise level in line with that the noise level of Sino-foreign joint venture car products.

Car,Idling,Noise sources identification,Control measure

乘用车怠速工况噪声源识别控制措施

U467.4+93

A

1000-3703（2014）07-0001-04