重型卡車主要噪聲源分析與降噪方法研究

摘要：介紹了國內外重型卡車通過噪聲限值的發展過程，討論了國內重型卡車通過噪聲主要聲源及主要降噪措施，并通過具體工程實例對分析結果進行了驗證，試驗證明本文所采取的重型汽車通過噪聲降噪措施是有效的，為國內重型卡車的降噪提供了技術方案，最后建議國內重型卡車應在開發初期注重噪聲性能的開發。

關鍵詞：重型卡車；通過噪聲；降噪措施

中圖分類號：U467+93 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0052-04

The Study on Main Noise Sources Analysis and Noise Reduction

Method of Heavy Truck

YUN Wei-guo

（Shanxi Heavy-Duty Automobile Co，Ltd.Automotive Engineering Research Institute，Xi'an 710200，China）

Abstract:This paper introduces the process of pass by noise of heavy truck Inland or aboard， then we mainly discusses the noise source of domestic heavy trucks and the methods of reduction the noise.Through the specific engineering example，the main methods were verified.The result tells us that the methods are effective and there are the mainly measures for coutrolling the noise of heavy trucks.At last，we suggested that engineers should pay attation to the noise performance of trucks at the development initial.

Key words: heavy trucks；pass by noise；method of reduction noise；

近年來，汽車工業獲得了突飛猛進的發展。汽車在給人們帶了豐富現代物質文明的同時，其噪聲也成為急需解決的一個問題［1，2］。汽車噪聲作為汽車乘坐舒適性的重要指標，在很大程度上反映出汽車的設計水平和制造工藝水平。因此，控制汽車噪聲來提高市場競爭力，降低對環境和人的傷害成為全球汽車工程師面臨的主要任務之一。大部分國家都根據各國實際情況制定了汽車通過噪聲與車內噪聲的控制標準，尤其是發達國家對汽車噪聲的控制標準更為嚴格，我國對汽車噪聲的控制遠不及發達國家。目前我國環境保護部擬定了《環境標志產品技術要求 重型汽車》，該標準尚處于征求意見階段，該標準中規定：功率大于150 kW的載重汽車通過噪聲為80 dB（A）；載重車輛50 km/h勻速行駛時車內噪聲不應超過72 dB（A）。該限值與發達國家噪聲限值基本一致，但目前我國重型卡車通過噪聲降低到80 dB（A）無疑是一次巨大的挑戰。

1 重型汽車主要噪聲源分析及工程案例

1.1 重型汽車主要噪聲源分析

汽車噪聲從結構上可以分為：發動機噪聲、底盤系統噪聲、風噪、車身噪聲及汽車附件產生的噪聲［4、5］。

（1）發動機噪聲

據統計，發動機噪聲約占重型卡車通過噪聲的60%左右，可細分為燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲。其中機械噪聲與燃燒噪聲通過內燃機的外表面向外輻射，空氣動力噪聲是在進氣和排氣過程中產生并直接向大氣輻射。燃燒噪聲的發聲機理相當復雜，主要由氣缸內周期變化的壓力作用產生，與發動機的燃燒方式、燃燒速度密切相關。對柴油發動機而言，燃燒室結構型式、壓縮溫度、供油系統噴油提前角、噴油壓力、噴油數量等因素對燃燒噪聲影響較大。機械噪聲是運動部件在氣體壓力和慣性力作用下產生沖擊和振動而激發的噪聲，包括：活塞敲擊噪聲、齒輪嚙合噪聲、供油系統噪聲、配氣機構噪聲、正時系統噪聲、輔機系統噪聲、不平衡慣性力引起的機體振動噪聲。一般情況下，在發動機空氣動力噪聲得到控制后，發動機高速運轉的機械噪聲常常成為主要噪聲源?？諝鈩恿υ肼暿菤怏w流動或物體在空氣中運動時，空氣與物體碰撞引起的空氣渦流，或由于空氣發生壓力突變形成空氣擾動與膨脹而產生的噪聲?？諝鈩恿υ肼曋苯酉虼髿廨椛洹Ｈ绻话惭b消聲器，在發動機噪聲組成中排氣噪聲的聲壓級是最大的，其次是進氣和風扇噪聲。

（2）底盤系統噪聲

底盤系統噪聲包括輪胎噪聲、變速器噪聲、傳動軸噪聲和車橋轉動噪聲。輪胎噪聲是輪胎與路面摩擦所引起的，決定輪胎噪聲的因素有輪胎花紋形狀、輪胎氣壓、輪胎的動平衡及均勻性。變速器、傳動軸、車橋等部件工作產生的噪聲被統稱為傳動系統噪聲，來源于變速齒輪嚙合傳動的撞擊、振動和傳動軸的旋轉振動均屬于機械噪聲。

（3）車身及汽車附屬設備噪聲

這類噪聲包括車身的振動，汽車與空氣的沖擊、摩擦而產生的噪聲以及汽車空調、暖風、雨刮電機等附屬裝置工作而產生的噪聲。對于已經上市的汽車產品而言，研究車身的降噪技術已沒有太大的實際意義。設計人員在車身設計階段應充分考慮NVH因素，避免設計原因導致的汽車通過噪聲與室內噪聲過大。

1.2 工程案例分析

本文依托國內某重型卡車的降噪項目，對一輛自卸車（發動機額定功率247 kW，整車整備質量12.5 t）進行車外噪聲源識別分析，找出導致車外噪聲超標的主要原因。按照《GB 1495-2002汽車加速行駛車外噪聲限制及測量方法》進行通過噪聲測試，得到該車的車外加速噪聲為85.6 dB（A），其結果比現行標準要求高出1.6 dB（A），比即將執行的《環境標志產品技術要求 重型汽車》要求高出5.6 dB（A）。

（1）通過噪聲頻譜特性分析

通過噪聲測量發現，車輛5擋加速接近出線（發動機轉速約為1 600 r/min）時左側的噪聲值最大，對該過程中記錄的噪聲信號進行頻譜分析，發現最大加速時刻峰值噪聲主要頻率為50～80 Hz，對應的1/3倍頻程中心頻率為63 Hz。為確定車輛加速過程中主要噪聲源，進行了以下幾步試驗：

（a）在發動機周圍布置傳聲器，重復加速噪聲最大的工況采集各位置噪聲信號，通過聲壓級對比分析發現發動機前方靠近風扇位置噪聲較大；

（b）在變速器上方、中后橋上方分別安裝傳感器進行相同工況測試，分析發現變速器附近的噪聲較大，中后橋部位的噪聲水平基本相同；

（c）在消聲器入口與出口處同時安裝傳聲器進行全加速過程測試，對信號進行頻譜分析發現在加速初期消聲器入口處的噪聲值較大，在加速接近離線時消聲器入口處噪聲較大。

通過以上測量，最終選擇發動機前方（風扇后部）、消聲器出口處、消聲器入口處、變速器上方、發動機后方（渦輪增壓器附近）及車輛通過噪聲測試點布置傳聲器，測量對應位置在整個加速過程中的噪聲信號，繪制出1/3倍頻程曲線見圖1。對比分析6個位置的頻譜圖可知與車外通過噪聲頻譜相關度最高的是消聲器附近和發動機后方的噪聲。

（2）車外加速噪聲聲全息分析

利用傳聲器陣列對車外加速噪聲進行了聲全息分析測試，因為該方法結果直觀、分析速度快，所以在車輛噪聲源定位中經常被采用。該試驗過程中所用的傳聲器陣列多使用在穩態工況下的噪聲源定位，所以使用加速過程中噪聲最大時刻對應的發動機轉速（1 600 r/min）進行穩態工況下聲源定位。圖2是20～100 Hz頻率范圍內的車外噪聲分布圖。

由圖2可以看出：主要噪聲源集中在發動機艙罩的下部前后位置和排氣消聲器附近，該分析結果與（1）分析結論基本相同。

2 重型汽車常用降噪措施與運用實例

根據以上分析，重型汽車加速行駛車外噪聲源主要是由發動機本體噪聲與排氣消聲器噪聲組成。眾所周知，任何噪聲都是由聲源發出，經過中間介質傳播后到達接受者，因此對汽車噪聲進行控制也應該從這兩個環節出發[6、7]。

2.1 發動機噪聲控制

（1）發動機噪聲源控制

由于發動機噪聲中燃料供給系統所占噪聲份額最大，控制該系統噪聲最好辦法是改變發動機噴油方式。但是國內大部分重型卡車在開發初期并沒有充分考慮發動機噪聲問題，發現噪聲超標已經處于產品試制、試驗階段，此時對發動機噪聲源進行控制的可行性不大，沒有實際工程意義。

（2）發動機噪聲傳播路徑控制

控制發動機噪聲傳播路徑是目前國內重型卡車噪聲控制的常用方法，采取的措施有：發動機吸聲處理、隔聲處理、減振、隔振等。吸聲降噪的方法是在發動機周圍的有限空間內布置一些具有吸聲作用的材料，減少噪聲能量的反射，通過降低混響聲達到降噪的目的，工程上常用多孔性吸聲材料［８］。隔聲降噪的原理是當聲波在傳播途徑中遇到均質屏障物（如木板、金屬板、墻體等）時，部分聲被屏障物反射回去，部分被屏障物吸收，只有一部分聲能透過屏障物輻射到另一空間去，這種反射與吸收降低了噪聲的傳播。但實際上由于散熱等原因，發動機不能完全封閉，因此常采用的發動機隔聲罩是部分開放的，在部分罩內必須安裝聲吸收材料，否則由于罩內聲反射使聲能在開口集中而傳播出去，本文利用下式來計算減噪量：

NR=IL=101g（S/S0）（1）

式中，S為罩總面積；S0為罩開口面積。

據調查，國外重型卡車發動機隔聲罩多為開口罩且采用雙層壁結構，雙層壁就是在雙列平行的單層壁之間留有一定尺寸的空氣層，一般情況下由于空氣層的存在可以提高隔聲量5～10 dB（A）。

2.2 發動機進氣、排氣系統噪聲控制

原則上汽車進氣、排氣系統噪聲亦屬于發動機噪聲的一部分，但由于其控制方法的不同，本文單獨對其噪聲控制措施進行分析。

對于進氣系統噪聲控制，主要是優化進氣流道結構和增加進氣消聲裝置。根據試驗，在汽車空濾器前增加阻抗復合型消聲裝置可以降低進氣系統噪聲3.8 dB（A）左右。但目前國內卡車對車輛進氣噪聲并沒有給予足夠的重視，大部分重型卡車沒有設計安裝進氣消聲器，主要原因有兩個：一是國內設計、加工水平有限，空間利用率不高，導致進氣消聲器無安裝空間；二是整車生產企業為降低生產成本，取消了進氣消聲系統。隨著我國噪聲法規要求的不斷提高，重型卡車增加進氣消聲器是必然趨勢。

對于車輛排氣系統的噪聲控制，主要是通過選擇與發動機排量相匹配的消聲容積，確定消聲器所需消聲目標值，根據不同性能消聲器（阻性、抗性、阻抗復合型消聲器）的消聲頻段特征對消聲器進行設計，得到低噪聲消聲器來控制排氣噪聲。就我國重卡生產現狀而言，大部分整車企業同一車型安裝不同廠家發動機、不同功率發動機匹配相同消聲器的情況屢見不鮮，更談不上排氣消聲器的匹配問題，這是導致我國重型卡車通過噪聲高的主要原因之一。

2.3 噪聲控制方案實施

對上文中討論的試驗車輛我們采用下列措施對其進行了整車降噪處理。

（1）發動機艙增加吸聲材料；

（2）優化消聲器；

（3）變速器下增加加吸聲材料；

（4）油底殼下增加吸聲材料；

（5）增加發動機隔聲罩；

對以上各改進方案分步驟進行試驗，以便確定各方案的改進效果及整體改進效果。測試結果如表1所示。

由表1可知，各改進方案均取得了一定的降噪效果，證明關于試驗車主要噪聲源的分析與定位是非常準確的，且降噪措施效果明顯。

3 結論

本文主要討論了我國重型卡車通過噪聲主要噪聲源及降噪措施，并通過具體的工程案例介紹了重型卡車通過噪聲主要噪聲源定位方法及常采用的降噪措施。我國重卡生產企業對重型卡車的噪聲性能沒有給予足夠的重視，幾乎所有技術的采用只是為了通過國家法規的要求或者出口要求，重卡的降噪技術距離發達國家存在一定的距離。本文所采取的降噪措施主要側重于產品開發后期的降噪工程，對發動機本體噪聲的控制未作較多的研究，建議在重型卡車開發前期注重發動機噪聲性能的匹配。

參考文獻：

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