商用车发动机舱隔音垫的降噪效果研究

武智方，夏均忠，刘晓凯，桓洪强，汪治安

(1．军事交通学院 军用车辆系，天津 300161； 2．陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，西安 710200； 3．69083部队，乌鲁木齐 830002)

● 车辆工程 Vehicle Engineering

商用车发动机舱隔音垫的降噪效果研究

武智方1，2，夏均忠1，刘晓凯2，桓洪强3，汪治安1

(1．军事交通学院 军用车辆系，天津 300161； 2．陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，西安 710200； 3．69083部队，乌鲁木齐 830002)

为降低商用车驾驶人耳旁噪声，设计发动机舱隔音垫，并通过试验研究其降噪性能。首先，对吸声材料进行选型，将所选吸声性能较好的材料与不同的隔声材料匹配制作成隔音垫，用能量法测试其隔音性能；然后，将吸隔声性能较好的样件(隔音垫)装配到驾驶室底部(发动机舱上方)；最后，进行驾驶人耳旁噪声测试，对比验证其降噪效果。试验表明，车辆装配内表层为黑色阻燃性无纺布，外表层为打孔铝箔，中间填充半固化毡、玻璃棉和0.1 mm铝箔的发动机舱隔音垫，在怠速工况下，驾驶人耳旁噪声降低了2.45 dB(A)。

商用车；发动机舱；隔音垫；吸声系数；噪声控制

重型车辆配备的发动机输出功率较大，行驶速度较低(最高车速90 km/h)，驾驶人耳旁噪声主要来源于发动机[1]。商用车的发动机通常置于驾驶室正下方，通过发动机悬置与车架相连[2]，发动机舱内驾驶室底部装配隔音垫，在一定频率范围内能阻止发动机噪声向驾驶室辐射[3]。

发动机舱内安装隔音垫，阻隔了噪声传递路径，是一种有效的降噪方法[4]。一方面，通过吸音作用直接降低发动机的噪声；另一方面，通过隔音作用增大从发动机舱到驾驶室的声阻抗，从而降低驾驶人耳旁噪声。吸声和隔声功能对其材料的要求是矛盾的，在吸声要求方面，结构内部应沿厚度方向最大消耗声能；而在隔声要求方面，结构外表面则要求最大程度地反射声波。在设计匹配发动机舱隔音垫时，应主要考虑其隔声功能，同时兼顾其吸声功能。本文采用吸声系数台架试验、半消声室隔声量试验以及驾驶人耳旁噪声试验，对发动机舱隔音垫吸声材料进行选型、匹配、性能测试和降噪效果验证等。

1 吸声材料选型试验

1.1 试验样品

隔音垫的吸声材料通常为多孔结构，如毛毡、玻璃绵、离心棉和固化毡等。根据驾驶室隔音垫的安装工艺要求，卡扣的极限安装厚度为22 mm，隔音材料为PVC板(厚度为2 mm)，所以吸声材料的极限设计厚度为20 mm。因为相同吸声材料的吸声系数与面密度成正比，厚度越大，吸音效果也就越好[5]。表1为用不同的吸声材料制作的5套试验样品(厚度为 20 mm)，裁剪形状如图1所示。

表1 吸声材料(制作隔音垫)试验样品

图1 吸声材料试验样品

1.2 吸声系数测试

吸声系数测试设备为阻抗管，其频率测量范围为50～6 300 Hz。通过测量样品在两个位置上的声压，然后计算两个传声器声压的复传递函数，确定法向入射声的反射因数，最后计算得到测试样品材料的法向入射吸声系数[6-7]。

声波在入射到介质界面时，一部分声能会被吸收，一部分声能会反射回来。吸收声功率与入射声功率的比值为吸声系数α：

(1)

式中：wr为入射声功率；wi为反射声功率；r为法向入射声压反射因数，即法向入射平面波在基准面上反射波振幅与入射波振幅的复数比值。

1.3 试验结果分析

吸声材料试验样品的吸声系数测试结果如图2所示。对于1 500 Hz以下的声音，试验样品3的吸声性能要优于其他材料，但对于高频噪声，其吸声性能迅速下降。在1 000～6 000 Hz频率范围内，试验样品4的吸声系数最高；在2 050～5 500 Hz频率范围内，其吸声系数大于0.9；在3 800 Hz时，其吸声系数等于1。

图2 吸声材料的吸声系数测试结果

2 隔音垫隔音性能测试

2.1 试验样品

以离心棉、玻璃棉和半固化毡为吸声材料，铝箔及PVC板为隔声材料制作3套厚度为22 mm的发动机舱吸隔音垫(如图3所示)。隔音垫的制作材料组成见表2。

图3 发动机舱隔音垫

隔音垫样品编号材料组成12mmPVC板+离心棉+半固化毡20．2mm两侧打孔铝箔+玻璃棉+半固化毡30．2mm外打孔铝箔+玻璃棉+半固化毡+内无纺布+中间夹1层0．1mm铝箔

2.2 隔声量测试

某物体的隔声量PBNR为点声源声功率与测量点声压的平方的比值，它是1/3倍频程频率的函数[8]。

(2)

式中|p/Qa|为声传递函数幅值，即响应点的声压与点声源中心处体积加速度的比值。

将表2中的3种隔音垫样品分别装配到发动机舱上部、驾驶室底部，然后进行隔声量测试。试验在半消声室内进行。点声源布置在驾驶人座椅正上方，高度与人耳平齐(如图4所示)；传声器布置在发动机上表面，距离驾驶室底板约10 cm处(如图5所示)。声传递损失测试时，将中高频点声源置于驾驶人座椅位置，使其发出中高频的白噪声激励，测取驾驶室底部测点的声响应值。

2.3 测试结果分析

将测量得到的窄带谱|p/Qa|转换成1/3倍频程谱，得到3种隔音垫样品的隔声量(如图6所示)。频率测试范围为300～10 000 Hz。随着频率的增加，3种隔音垫样品的隔声量也递增。隔音垫样品3的隔声量在整个频率范围内都大于其他2种样品。

图4 点声源布置

图5 传声器布置

图6 隔音垫隔声量测试结果

3 整车试验验证

3.1 试验车辆

以一辆大功率(316 kW)牵引车为试验对象，其技术参数见表3。

表3 试验车辆技术参数

3.2 驾驶人耳旁噪声测试

在完成隔音垫样品隔声量测试后，进行驾驶人耳旁噪声测试。车辆静止(离合器结合、变速器置空挡)，发动机怠速运转。发动机冷却水温度为正常工作温度(80 ℃)。在驾驶人耳旁布置1个声学传感器，门窗关闭。采样时间为20 s，对采集的时域数据进行傅立叶变换，得到100～20 000 Hz范围内声压的均方根值，作为驾驶人耳旁噪声值，其结果见表4。

表4 驾驶人耳旁噪声测试结果

车辆在怠速工况运转时，发动机噪声向驾驶室内辐射有两种形式：一种为空气传播噪声，另一种为结构传播噪声。该车的发动机怠速转速是600 r/min，所以点火频率为30 Hz，其2倍的振动频率为60 Hz、3倍的振动频率为90 Hz，是发动机振动主要的传递频率。由此得出，发动机对驾驶室的结构传播噪声不超过100 Hz，又因人耳能听到的最大频率的噪声是20 000 Hz，所以分析带宽选取100～20 000 Hz。

通过频谱分析，3种隔音垫样品的降噪性能如图7所示。从图中可知，在频率大于300 Hz时，车辆装配隔音垫样品3时，驾驶人耳旁噪声的声压级最小。隔音垫采用双层无纺布和半固化毡、中间有铝箔夹层为最佳降噪隔音垫。

图7 3种隔音垫样品的降噪性能

4 结 论

本文应用传递函数法对吸声材料的吸声系数进行测试并选型，将吸声性能较好的材料与不同的隔声材料匹配制作成隔音垫(样件)，并应用能量法对其隔声量进行测试，将样件装车匹配，进行驾驶人耳旁噪声测试，对比其吸隔音性能的优劣。

(1)传递函数法是测量材料吸声系数及其隔声量的一种精确有效方法。

(2)重型载货汽车发动机舱隔音垫对于抑制发动机的空气传播噪声有一定的效果。在300～20 000 Hz频率范围内，不同的吸隔音材料对于驾驶室耳旁噪声的影响差异为1～2 dB(A)。

(3)内表层为黑色阻燃性无纺布，外表层为打孔铝箔，中间填充半固化毡、玻璃棉和0.1 mm铝箔的隔音垫，其吸隔声效果最佳。

[1] 李俊慧,姚成,李东来.客车降噪材料应用研究[J].机电技术,2014(1):27-29．

[2] 吴继辉,夏均忠,王静,等.驾驶室悬置结构对载货汽车平顺性的影响[J].军事交通学院学报,2016,18(1):39-42．

[3] 杨洋,褚志刚,袁苗达,等.汽车前围板隔声量测定及改进[J].噪声与振动控制,2014,34(2):212-215．

[4] 朱有剑,张勇,熊文波.基于传递函数法的阻抗管吸声系数测量系统研究[J].声学与电子工程,2014(10):27-31．

[5] 刘宏玉,张军,章晓轩,等.基于汽车内饰轻量化的NVH性能开发及应用[J].汽车工艺与材料,2012(4):1-4．

[6] 赵立杰,张永,何剑杰.汽车前围隔声性能的计算方法[J].沈阳航空航天大学学报,2015,32(1):38-44．

[7] 胡恒,郑四发,赫鹏,等.材料吸声系数双传声器测量的参数识别方法[J].应用声学,2008,27(4):305-310．

[8] 王勇,龙伟,夏铁权.基于能量的商用车驾驶室隔声试验技术[J].现代制造工程,2015(5):49-52．

(编辑：张峰)

Noise Attenuation Effect of Sound Insulation Pad in Commercial Vehicle Engine Cabin

WU Zhifang1, 2, XIA Junzhong1, LIU Xiaokai2, HUAN Hongqiang3, WANG Zhian1

(1.Military Vehicle Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2.Automotive Engineering Research Institute, Shanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd., Xi’an 710200, China;3.Unit 69083, Urumqi 830002, China)

In order to reduce driver’s parotic noise of commercial vehicle, the paper designs sound insulation pad of engine cabin and studies its noise attenuation performance with experiments. Firstly, it makes sound insulation pad with sound absorption materials and different sound insulation materials and tests its noise insulation performance with energy method. Then, it assembles the sample (noise insulation pad) with better sound insulation performance to the bottom of the cab (above the engine cabin). Finally, it tests driver’s parotic noise and verifies the noise attenuation effect. The result shows that while assembling black flame-retardant non-woven fabrics in inner layer and perforated aluminum foil in outer layer, and filling semi-cured mat and glass wool and 0.1mm aluminum sound insulation pad in the middle, driver’s parotic noise reduces 2.45 dB (A) in idling condition.

commercial vehicle; engine cabin; sound insulation pad; sound absorption coefficient; noise controlling

2016-08-29；

武智方(1984—)，男，硕士研究生； 夏均忠(1967—)，男，博士，教授，硕士研究生导师.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.02.012

U467.3

A

1674-2192(2017)02- 0048- 04

修回日期：2016-09-08．