车内噪音测试及降噪措施研究

刘 伟， 魏志芳， 杨 凡， 张晓东， 王志伟

(1. 中北大学 机电工程学院，太原 030051；2. 四川野马汽车股份有限公司 技术中心动力总成部，成都 610100)

车内噪音测试及降噪措施研究

刘 伟1， 魏志芳1， 杨 凡2， 张晓东1， 王志伟1

(1. 中北大学 机电工程学院，太原 030051；2. 四川野马汽车股份有限公司 技术中心动力总成部，成都 610100)

为了测试汽车不同行驶工况下车内噪音分布情况，以某品牌汽车B62为试验样车，分别在整车半消声室、吸隔声试验室、结构模态试验室的室内测试环境和柏油路面的室外测试环境下，以怠速、匀速、加速工况测得车内不同测点位置的噪音值，得到了车内噪声的分布规律.针对不同工况所表现出来的噪音差异，采用了与工况相对应的降噪措施.结果表明:通过增加燃油脉动阻尼器、增加顶棚结构刚度，添加麻纤维吸声材料、动力总成后悬置改制的方法,有效地降低了车内噪音，对改善汽车品质和提高汽车产品的竞争力具有重要意义.

汽车；噪音；测试；方案改进

汽车舒适性是决定汽车品质好坏的一个关键因素.汽车舒适性的综合表现主要通过汽车噪音，振动与声振粗糙度(Noise, Vibration, Harshness)等客观指标评价[1-3].

目前，国内外学者针对以上评价指标在汽车行业开展了大量的振动试验及噪音控制技术分析研究，并取得了一定科研成果[4-7].在这些研究成果当中，国内仅有刘宗财[8]等人通过样车试验对车内噪声测试与分析做了初步探索性研究；国外M.de.Diego[9]等人通过在车内安装局部噪声控制系统，减少了典型汽车座椅头枕周围区域内的噪音合成，有效的改善了车内噪声.

通过对以上研究成果分析，基于现代振动理论，以某品牌汽车B62为试验样车，开展了不同工况下车内不同测点位置噪音及振动测试分析，获得了车内噪音及振动的分布规律.通过研究对测试结果提出了有效的改进措施.

1 车内噪声的组成及产生

汽车车内噪声指的是行驶的汽车乘坐室或驾驶室内存在的噪声.车内噪声极易使乘车人员感到疲劳，对汽车的舒适性有着重要影响.其车内噪声主要由车外噪声向车内的传播、车体振动、车内混响3个原因组成.

1.1 车外噪声向车内的传播

当汽车的各种噪声源都被封闭于车外，这些噪声源发出的噪声通过车厢壁板(包括地板、顶棚和四周的壁板)，门窗上所有的孔、缝直接传入车门，这一部分噪声可称之为空气声.

1.2 车体振动

引起车体振动的激励主要有：①发动机、传动系的振动；②路面不平引起轮胎振动，经悬架、车架(非承载式车身)传递给车身；③车辆行驶时，车身附近的气体流动引起的气压波动，车外噪声引起的车身附近气压波动.这些激励使车身壁板产生振动，从而向车内辐射噪声，这部分噪声可称为固体声.上述两种作用对车内噪声的影响如图1所示.

图1 空气声与固体声的形成

1.3 车内混响

混响声是指声源发出的声波经壁面一次或多次反射后形成的噪声.车内噪声是直达声与混响声叠加的结果,这种叠加使得车内噪声比卸去车厢后同位置的噪声要大.

综上,汽车车内噪声的形成可用图2所示.

通过以上分析,车内噪声可用以下公式描述:

IC=IA+IS+IR=IT+ID+IS+IR

,

(1)

式中：IC为车内噪音总声强；IA为传入车内的空气声的声强，其中，IA=IT+ID；IT为车外噪声透过车身壁板进入车内的噪声声强；ID为车外噪声透过孔、缝传入车内的噪声声强，在某些车辆上还包括仪表板、变速箱盖提升器盖等直接暴露在车内的那一部分表面所辐射的声强；Is为发动机和底盘的振动传给车身后,壁板振动所辐射的能量；IR为上述噪声在车内封闭空间中多次反射形成的混响声强[10].

图2 车内噪声形成示意图

2 测试情况

2.1 测试工况及测试环境

汽车在道路上行驶状况可用一些参数，如加速、减速、匀速和怠速等来反映其运动特征，通过对这种运动特征的调查和解析，已开发出能够代表运动的测试工况.汽车测试工况数据主要用于确定汽车的常用工况及其特征，并结合汽车的结构特点，评价汽车常用工况的合理性及其影响因素[10].参照国家标准和试验要求，试验采用车况良好，动力总成为1.5T+5MT，发动机为4A91T的B62试验样车.选取怠速(空调关和空调开)，3档全油门加速，匀速60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h为测试工况，分别在整车半消声室、吸隔声试验室、结构模态试验室的室内测试环境和柏油路面的室外测试环境下展开.其中，室外测试要求在空旷、周围没有高大建筑物且表面干燥的柏油路面进行，测试时，车1.2 m高度处风速不超过5 m/s.

2.2 测试设备及测点位置

试验采用噪声振动测试及分析系统，主要由LMS SC05测试前端、GRAS传声器、B&K传声器校准器、PCB三向加速度传感器、北智三向加速度传感器以及LMS-Signature Testing-Advanced 13A、Impact Testing、Spectral Testing分析软件组成.分别在下列位置进行测量：①在驾驶员右耳；②二排左侧乘员右耳；③方向盘顶端；④驾驶员座椅导轨；⑤驾驶员前地板位置处.测点位置如图3所示.样车测试效果如图4所示.

图3 测点位置图

图4 样车测试效果图

3 测试结果及分析

3.1 匀速工况

在匀速工况下，共鸣噪音是车内主要噪音源之一.由于声音本身具有折射和重叠的性质，而车体就如一箱体，当声音传入车内时，经过不断的叠加、折射，在车内形成共鸣噪声.分析60 km/h,80 km/h,100 km/h和120 km/h匀速工况下的噪音和声品质数据，其测试结果如图5、图6所示.

在运行状态下，车内噪音值随着车速的提高而增大.分析实验数据发现，匀速行驶车速在60 km/h时，其整个车厢内的噪声值均达到建议目标值要求.当车速超过80 km/h，驾驶员右耳处的噪音值超标，且驾驶员右耳处和左后乘客右耳处的语音清晰度均未达到建议目标值，其声品质略差.分析其原因，主要是随着车速的提高，风切入形成的噪音及行驶带动底盘振动产生的路噪不断提高，以及车辆在高速行驶时，轮胎与路面摩擦所产生的胎噪不断增大，彼此反复折射和重叠，使得车内的噪音增大.

图5 匀速工况下不同测点下的噪声分布

图6 匀速工况下不同测点下的声品质分布

3.2 怠速工况

怠速工况下，空调噪音是车内主要噪音源之一.空调噪音是空调系统工作时发出的噪音，包括风机产生的逸入车内的噪音，以及风管末端处的再生噪音，风机产生的噪音，是叶片旋转时撞击周围空气而产生的有调噪音和有涡流引起的无规噪音，风管末端处的再生噪音的大小取决于风速.通过分析实验数据，从整体上看车内噪声及振动分布存在一定的规律性，具体数据如表1所示.

通过数据分析得知，样车在怠速工况状态下，空调关时车内噪声和振动测试结果优于空调开时测试结果，而无论空调开关与否，车内噪声和驾驶员侧底板Y、Z方向加速度幅值测试结果均未达到建议目标值.从整体上分析，驾驶员座椅导轨的噪音均要明显低于方向盘和驾驶员侧底板处的噪音.其中驾驶员右耳处在空调开时其噪音最大,其值为49.5 dB，驾驶员侧底版Z轴方向为车内加速度幅值最大，其值为0.14 m/s2.

表1 样车怠速工况状态下测试结果

3.3 加速工况

加速工况下，发动机的振动和排气、进气是车内主要噪音源之一.发动机噪音的产生是随着发动机转速的不同而不同，主要通过前叶子板、引擎盖、挡火墙、排气管产生和传递.在加速工况下,分别测得驾驶员右耳处和左后乘客右耳处的噪声及声品质分布，如图7、图8所示.

图7 加速工况下不同测点下的噪声分布

图8 加速工况下不同测点下的声品质分布

由图可知：随着发动机转速的不断提高，车内噪音总体成上升的趋势，当发动机转速达2 800-3 200 r/min时，其噪音增长速度最快，在3 200 r/min时，驾驶员右耳处噪音达75 dB(A), 左后乘客右耳处达71 dB(A)，均超于建议目标值.在随后转速不断增加中，车内噪音上下小幅波动，不断的趋近目标值.同时，车内声品质随着转速的不断提升而下降.

4 降噪措施

根据以上测试结果，为了降低车内噪声，达到建议目标值，有效的提高乘车的舒适性，针对不同工况所表现出来的噪音差异，采用与工况一一对应的降噪措施.

4.1 匀速工况下降噪措施

匀速工况下,车内混响时间直接影响车内语音清晰度.汽车内饰材料吸音、隔音的发展有效地解决了车内混响的难题.由于隔音材料的性价比高、功能性强、材质轻，有利于降低汽车的燃油量而越来越受到关注.麻纤维是天然纤维中长度最长的，纤维的结晶度、取向度、纵向弹性模量较高，很适合作为汽车内饰背板或复合材料的增强体.由于麻纤维有良好的吸湿放湿性、防腐蚀、绝热、绝缘、隔音、吸音、吸震等特性，其吸声系数在800～2 000 Hz范围内达到0.8以上，越来越多地被使用到汽车内饰材料生产开发中.

由于顶棚位置处噪声值相对较大，增加吸声材料对降低车内噪音具有明显作用.同时，增加顶棚自身的刚度，有利于减少汽车在运行过程中、由于顶棚振动产生的辐射噪声.因此，基于B62样车，本文采用增加顶棚结构刚度，添加麻纤维吸声材料的降噪措施.以驾驶员右耳处车内语音清晰度为例，通过对比前后差异，得知B62样车经处理后效果提升明显.如图10所示.

图10 增加麻纤维吸声材料前后语音清晰度对比

4.2 怠速工况下降噪措施

脉动阻尼器是一种用于消除管道内液体压力脉动或者流量脉动的压力容器，可起到稳定流体压力和流量、消除管道振动、保护下游仪表和设备、增加泵容积效率等作用.依据残余脉动控制在10%以内、脉冲量为1升/次、脉动频率为2次/秒的要求，选用燃油式脉动阻尼器.基于此，文中分别测得增加燃油脉冲阻尼器前后，驾驶员右耳处的噪声值，如图9所示.

图9 增加燃油脉动阻尼器前后噪音差异对比

通过分析数据结果，对比前后差异，得知增加燃油脉冲阻尼器后，发动机转速在2 800 r/min-3 500 r/min的区间噪声明显减小；同时，驾驶员右耳噪声总级峰值在两转速附近显著降低(约6 dB)；2阶噪声峰值也明显降低(约4 dB).该结果表明，增加燃油脉动阻尼器对车内噪音的减少有明显的促进作用.

4.3 加速工况下降噪措施

动力总成后悬置系统是动力总成应用工程的重要组成部分.在动力总成所有工作中，动力总成产生的振动，必须通过悬置系统加以隔离，尽可能降低传递给汽车底盘和车身的振动.同时，悬置系统还具有隔离由道路不平引起的车轮悬挂系统的振动，防止这一振动向发动机传递，避免动力总成振动加剧，以满足车辆运行时的平稳性和舒适性，并保证怠速和停机时动力总成的稳定性.

传统的后悬置在剔除橡胶限位块后加速时易发生压死干涉，产生较大噪音.针对加速工况时，噪音连续复杂，发动机转速达3 000-4 300 r/min时，其噪音增长速度最快的特点，文中采用增加后悬置大端橡胶头直径(增加弹性区间，如手工件)，并加大其限位空间的改制方法.其样图改进方案如图11所示，改进方案效果如图12所示.

图11 样图改进方案

图12 改进方案效果图

通过改进方案可以看出，更换手工后悬置样件后，3档全油门加速行驶时，后悬置被动端Z向2阶噪音在3 000～4 300 r/min转速区间内明显减小，驾驶员右耳2阶噪声在该转速区间内幅值降低超过10 dB，噪声总级在该转速区间内降低了约8 dB.

5 结 论

通过对某汽车品牌B62试验样车怠速(空调关和空调开)，3档全油门加速，匀速60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h工况下，分别在整车半消声室、吸隔声试验室、结构模态试验室的室内测试环境和柏油路面的室外测试环境下展开测试研究，得到了车内噪声及振动的分布规律，并针对不同工况所表现出来的噪音差异，采用了与工况相对应的降噪措施.结果表明:通过增加燃油脉动阻尼器、采用增加顶棚结构刚度，添加麻纤维吸声材料、动力总成后悬置改制的方法,有效地降低了车内噪音，对改善汽车品质和提高汽车产品的竞争力具有重要意义.

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ResearchonIn-carNoiseTestandDe-noiseMeasures

LIU Wei1, WEI Zhi-fang1, YANG Fan2, ZHANG Xiao-dong1, WANG Zhi-wei1

(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, North University of China ,Taiyuan 030051,China;2. Powertrain of Technology Center, Sichuan YE-MA Automobile Co., Ltd., Chengdu 610100, China)

In order to test the distribution of the in-car noise under different driving conditions, a brand car B62 is taken as an experimental vehicle. In different testing environment such as the semi-anechoic chamber, the sound absorption and insulation test room, the structural modal laboratory and the asphalt road, the noise values at different measuring points in the car are measured at idle speed, uniform speed and acceleration condition respectively. The distribution of the in-car noise is obtained. According to the noise characteristics of each working condition, the corresponding measures of the noise reduction are adopted. The results show that the in-car noise is effectively reduced by installing the fuel pulsation damper, by improving the ceiling structure stiffness, by adding the hemp fiber sound-absorbing material and by redesigning the powertrain mounting scheme. It is of great significance to improve the quality of the car and to enhance the competitiveness of automotive products.

vehicle; noise; test; improved schemes

1009-4687(2017)04-0052-06

2017-06-12

刘 伟(1993-)男，硕士，研究方向为汽车噪音振动测试及方案改进.

U270.1

A