能量贡献率在定量分析车内噪声中的应用

姚理国

（郑州宇通客车股份有限公司，郑州 450016）

能量贡献率在定量分析车内噪声中的应用

姚理国

（郑州宇通客车股份有限公司，郑州 450016）

介绍能量贡献率的概念与计算方法，计算分析某款大客车驱动桥引起的阶次噪声对总体噪声能量的贡献比例，然后设定车内噪声限值与改进目标，并评估其改进效果。

车内噪声；能量贡献率；定量分析

汽车的车内噪声水平是汽车品牌与品质的重要影响因素。根据统计，在所有顾客不满意的问题中，约有1/3与汽车噪声有关。车内噪声问题的处治非常复杂。使用声学传感器采集噪声数据并开展频谱分析，然后对比汽车各零部件运转时的特征能够定性判断噪声源；为制定噪声治理目标，评价噪声改进的效果，需要定量计算噪声能量的变化。笔者通过从事的噪声试验工作，总结出一种能量贡献率计算方法，能够定量计算单一或多个噪声源对整体噪声表现的贡献比，为制定改进目标与评估改进效果提供依据。

1 能量贡献率的计算

根据声学理论，声音是由不同频段声能量叠加合成的，而各频段噪声能量可以通过频谱分析求解。在人耳听来，不同声音之所以存在大小、品质的不同，是因为不同频段、能量大小不同的声音引起的。如低频段、能量较大的声音听起来较为沉闷，高频段、能量较大的声音听起来较为尖锐等。因此，可以提出声音能量贡献率的概念，用于量化不同频段声音能量在全频段声音总能量中的比例[1]。

根据声学理论，声能量用声强I表示。假设第i个频率段声能量为Ii，其能量贡献率用ηi表示，全频段总声能量为 I总。则：ηi=Ii/I总×100% （1）

在工程实际应用中，由于声强不易采集，NVH工程师一般采集声压级SPL，所以，可以根据声强I与声压p、声压级SPL之间的关系进行等效计算。

声强I与声压p之间存在如下关系：

式中：ρc为特性阻抗，在常温常压下ρc为一个定值[2]。

声压级SPL与声压p之间存在如下关系[3]：

由式（1）、式（2）和式（3）可得：

下面举例求解。例子频谱图见图1。

根据图1，通过LMS Test.Lab软件求得全频段总声压级为58.08 dB（A），中心频率为315 Hz的1/3倍频带噪声声压级为43.95 dB（A）[4]。因此，该倍频带噪声能量贡献率为η315Hz=1043.95/10/1058.08/10×100%≈3.9%。

图1 某车怠速某测点噪声1/3倍频程频谱图

2 在噪声问题中的应用

车内噪声源的识别主要采用阶次分析方法开展[5]，结合能量贡献率，可定量判断车内各噪声源的贡献比例，制定改进目标并精确评估改进效果。

匹配某供应商车桥的12 m大客车，主观评估该车五挡全油门加速车内噪声大且由主减啮合齿引起的whine声明显。采用LMS Test.Lab软件采集车内噪声数据[6]，其后桥上方座椅处五挡全油门加速噪声峰值为81.3 dB（A），同时刻主减啮合齿 1阶噪声峰值为 80.3 dB（A）[7]。噪声曲线见图2，阶次带宽为0.07阶[8-9]。

图2 五挡全油门加速后桥上方座椅处噪声曲线与主减啮合齿1阶噪声曲线

由主减啮合齿1阶频率引起的能量贡献率为：

主减啮合齿1阶噪声能量贡献率接近80%，因此主减啮合齿噪声是引起峰值噪声超标的最主要因素。

对标竞争对手产品噪声数据，同时重点降低主减啮合齿1阶噪声能量贡献率，制定改进目标为：峰值噪声总量级低于78 dB（A）；由主减啮合齿1阶噪声导致的能量贡献率低于50%。

制定改进措施如下[10]：

1）优化齿面结构及参数，直齿齿轮改为斜齿齿轮，齿轮螺旋角调整为35°，齿面宽加宽为62 mm，重叠系数达到1.9。

2）研磨齿工艺调整为精磨齿工艺，加工精度由9级提升为7级。

3）提高主锥轴承支座尺寸精度，由8级提升为6级。

经改进，复测得五挡全油门车内加速噪声峰值为75.1 dB（A），同时刻主减啮合齿1阶噪声峰值为73.1 dB（A）。噪声曲线见图3，阶次带宽为0.07阶。

图3 整改后复测五挡全油门加速后桥上方座椅处噪声曲线与主减啮合齿1阶噪声曲线

改进后由主减啮合齿1阶频率引起的能量贡献率为：

主减啮合齿1阶噪声能量贡献率由79.4%下降至63.1%。主观评价该车噪声表现也有极大改善，由主减啮合齿引起的whine声明显降低。

虽然主减啮合齿1阶噪声能量贡献率仍未达标，但由于噪声总量级降幅超过6 dB（A），已达到第一个改进目标，也可以证明改进措施有效。

为进一步降低主减啮合齿1阶噪声能量贡献率，制定后续整改措施为：在尽可能不改动齿轮传动比的原则下，将主被动齿轮齿数由8/39（速比4.88）调整为9/44（速比4.89），进一步加大重叠系数至2.4。

由于该方案需要供应商新开模具加工，开发周期较长，改进效果暂时未知。

3 结束语

求解噪声能量贡献率时，需要求得目标频段噪声以及该时刻的噪声总量级。目标频段噪声可以通过FFT或1/3oct等窄带或宽带频谱分析手段求得，亦可通过阶次曲线求得。能量贡献率的大小与计算时截取的带宽有关，因此，在进行能量贡献率计算时一定要注明带宽，便于改进前后效果的对比。

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Application ofEnergyContribution RatetoQuantitativeAnalysisofVehicleInterior Noise

YaoLiguo
（Zhengzhou YutongBus Co.,Ltd，Zhengzhou 450016,China）

This paper introduces the concept and calculation method of energy contribution rate,calculats and analyzes the contribution rate of the drive axle order noise energy to the overall noise energy for a large coach,then sets the limit value and the improvement target ofthe vehicle interior noise,and evaluate the improvement effect.

vehicle interior noise;energycontribution rate;quantitative analysis

U467.4+93

B

1006-3331（2017）06-0028-02

姚理国(1981-)，男；主要从事汽车NVH试验技术研究工作。

修改稿日期：2017-07-31