定轉速車內噪聲的試驗分析

劉守銀

定轉速車內噪聲的試驗分析

劉守銀

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥 230022）

根據現有的車內噪聲的研究資料，確定某車型定轉速車內噪音主要影響因素是轟鳴聲。通過試驗進行傳遞路徑分析，確定轟鳴聲的傳遞路徑。再使用敲擊法試驗確定發(fā)動機定轉速與傳動系上的長半軸產生共振，并進一步分析長半軸的振動響應和傳遞函數，提出使用動態(tài)減震器改變長半軸的模態(tài)，來減小振幅、錯開共振點。Ⅲ檔全油門加速噪聲分析試驗表明，在長半軸上安裝動態(tài)減振器后，車內噪聲水平得到明顯改善。

轟鳴聲；傳遞路徑分析；試驗分析；敲擊法

前　言

在對某四缸發(fā)動機小型車主觀評價時，當發(fā)動機轉速為3 400rpm左右時，車內感覺到有壓迫耳膜使人感到不舒服的聲音。

車輛在行駛時，車內噪聲由各種各樣的聲音組成的，這些聲音叫做聲音要素，代表性聲音要素是發(fā)動機噪聲、轟鳴聲、路面噪聲和風噪這四個因素，如圖1所示：

發(fā)動機噪聲是以發(fā)動機轉數的0.5階次為基本頻率的復合周期聲音，主要頻率范圍在5 kHz以下；轟鳴聲的頻率范圍在20～250 Hz的低頻聲音，感覺像壓迫耳膜那樣的聲音；路面噪聲是路面和輪胎產生的隨機性聲音；而風噪是因車輛高速行駛時由氣流產生的隨機性的聲音，頻率范圍在500～5 000 Hz［1］。

因此，車內壓迫耳膜的聲音是轟鳴聲。轟鳴聲是車內噪聲的主要表現形式之一。它使乘坐人員感到壓抑、煩躁、易于疲勞，嚴重影響汽車乘坐的舒適性［2］。因此必須對該車的轟鳴聲進行分析和改善。

隨著人們對汽車乘坐舒適性要求的提高，各國對汽車噪聲要求的越來越嚴格，改善車輛內部聲學環(huán)境，降低車內噪聲水平，是各國政府和汽車生產廠家共同關心的問題［3］。

1　轟鳴聲的調查分析

1.1 對車內噪聲進行檢測

試車跑道上，Ⅲ檔全油門加速（Ⅲ-WOT），發(fā)動機轉速1 500rpm →3 600rpm，檢測車內噪聲，測試結果如圖2所示：

從圖2測試結果來看，在3 426rpm左右車內噪聲都產生了峰值，產生轟鳴聲，這與人主觀感受是一致的。從階次上看，此轟鳴聲主要是受2階次噪聲影響，而4和6階次噪聲影響不大。

1.2發(fā)動機二階頻率的計算

轟鳴聲是噪聲整體能量的支配因素，并且這個峰值的頻率相對于發(fā)動機轉速的2倍，加振力主要是發(fā)動機氣缸內氣體壓力及活塞等運動部件的慣性力。由這些力產生的動力系統(tǒng)的振動傳遞到車體，被激振車體面板產生的噪聲向四周發(fā)射，同時由于車內空間的空腔共鳴，音壓幅度增大，產生具有一定壓迫感令人不快的轟鳴聲。從音質的角度來看，降低轟鳴聲非常必要［4］。該車型所采用發(fā)動機為四缸機，根據計算公式：

其中：rpm為發(fā)動機轉速，n為氣缸數。

可計算出四缸發(fā)動機在3 426 r/min二階次成分的頻率為114 Hz。

2　轟鳴聲的傳遞路徑分析

2.1傳遞路徑

要解決振動噪音問題，首先必須要搞清楚其現振源和傳遞路徑，并根據分析結果去找對策、方案。搭載4缸發(fā)動機的車輛，由發(fā)動機2階次成分產生的轟鳴聲的傳遞路徑如圖3所示。

由圖3可知，轟鳴聲雖說是一個振動噪聲現象，但是傳遞路徑較多， 傳遞系統(tǒng)中的零部件也比較多，是車內噪聲中最復雜的噪聲現象，因此，評價和分析必須在適當的條件下進行［5］。

2.2振動和噪聲的關系

根據物體的振動在空氣中會因壓力變動而產生聲音。也就是說傳遞振動的媒體只是固體或空氣的差，振動和聲音同步發(fā)生的。

3　轟鳴聲的試驗分析

3.1用敲擊法考察振動響應

根據傳遞路徑（如圖3所示）對轉速3 400 r/min時的轟鳴聲進行試驗分析，首先采用加裝吸音棉、橡膠板等隔音措施，對轟鳴聲沒有影響，說明不是由發(fā)動機脈動噪聲直接傳遞而來的；對發(fā)動機懸置和前后懸架的試驗檢測，隔聲量都比較大；改變進排氣固定結構，屏蔽排氣口噪聲后，從測試數據上看，轟鳴聲并沒有很大的變化，說明這些部件并不是噪聲來源。

四缸發(fā)動機在3 426 r/min二階次成分的頻率為114 Hz，所以，這個振動頻率與傳動系這條傳遞路徑上的某個零部件產生共振，這個件的共振傳遞到車身，產生了轟鳴聲，如果找到這個共振件，并改變其固有振動頻率，消除共振，就可減小轟鳴聲的強度。

不同材料、不同尺寸和形狀的結構，若被撞擊，發(fā)出聲音的頻率是各不相同的。聲音頻率的不同事實上也就反映了系統(tǒng)固有特性的差別，因為結構在受到動載荷激勵產生振動時，結構表面振動將通過流體媒介向周圍傳播噪聲，噪聲的頻率和結構振動信號的頻率有著直接、密切的聯(lián)系。

在長半軸上均等分地布置三個振動傳感器，用力錘敲擊中間點2點（Z向），測試振動信號，分析長半軸的振動響應。

通過敲擊法對傳動系的零部件的進行模態(tài)分析，試驗方法與長半軸相同，發(fā)現長半軸的頻率與114 Hz相近。的振動響應出現了明顯的峰值，產生了共振，加大車身的振動。

3.2長半軸到車內噪聲的傳遞函數的測量

用力錘敲擊中間點（點2）（Z向），測試駕右、后右聲壓，則可以得到車內聲壓與敲擊力之間的傳遞函數。結構噪聲的傳遞函數（［ P/F ］i）通常要控制在一定范圍內，對多數轎車來說，一般在55 dB /N以內，乘坐人員不會感到不舒服［7］。

在112 Hz左右，長半軸到車內噪聲的傳遞函數超過了55 dB /N，這種強度的振動對車內噪聲產生很大的影響，如圖5所示。

由此看見，在發(fā)動機轉速3 400rpm左右（頻率為114 Hz左右）時，車內產生轟鳴聲的主要原因是發(fā)動機二階次成分與傳遞路徑上的長半軸共振，并傳遞到車身，產生了車內轟鳴聲。

4　改善措施及其驗證

4.1在長半軸上裝動態(tài)減震器的效果

當減振器主動件和慣性元件之間用橡膠彈簧圈元件連接時，即構成橡膠阻尼彈性減振器［8］，也就是動態(tài)減震器。

根據以上分析，為了改變長半軸的模態(tài)，在長半軸的中段增加115 Hz的動態(tài)減震器，如圖6所示。

通過檢測數據來看，消除共振峰值（114 Hz），但是在共振峰的低頻率（92 Hz）和高頻率（155 Hz）產生了兩個相對較小的峰值，如圖7所示：

4.2裝動態(tài)減震器后的振動相應的變化

在長半軸的中段增加115 Hz的動態(tài)減震器后，長半軸到車內噪聲的傳遞函數，在110 Hz左右遠小于55 dB /N；在155 Hz左右小于 55 dB /N；在92 Hz左右大于 55 dB /N，如圖8所示：

從圖8來看，在長半軸上增加115 Hz的動態(tài)減震器后，大幅降低了110 Hz左右長半軸的振動響應和車內噪聲，但是92 Hz和155 Hz的振動響應以及長半軸到車內噪聲的傳遞函數增大了。根據公式（1），92 Hz和155 Hz對應發(fā)動機轉速分別為2 705rpm和4 645rpm。轉速4 645rpm超出了正常駕駛轉速區(qū)域，并且低于55 Pa/N可以不考慮，而要關注轉速2 705rpm對轟鳴聲的影響。

另外，將動態(tài)減震器分別裝在長半軸的中部、靠近變速箱等不同部位進行試驗，從試驗結果來看，半軸的振動響應特性和長半軸到車內噪聲的傳遞函數特性是相同的。

4.3 Ⅲ檔全油門加速噪聲分析

從圖9和圖10車內噪聲檢測數據來看，相對原狀態(tài)（圖中base曲線），長半軸上增加動態(tài)減震器后，在3 400rpm左右，2階次噪聲有3～11 dB（A）的下降，從而使得車內噪聲下降1～5 dB（A），且噪聲波動很小。

另外，長半軸上增加動態(tài)減震器后，在2 705rpm左右，車內噪聲沒有產生明顯的變化，不會感到轟鳴聲。

專家及技術人員等對裝動態(tài)減震器的車輛進行主觀評價，都認為已經感受不到發(fā)動機轉速在3 400rpm左右時令人不舒服的轟鳴聲。

5　結　論

通過對振動傳遞路徑上的零部件的試驗分析，使用敲擊法試驗找到車內轟鳴聲主要是發(fā)動機在3 400rpm左右時與長半軸產生共振，放大了發(fā)動機在3 400rpm左右時的2階次振動，而此共振傳遞到車身，產生了影響乘坐人員聽覺感受的轟鳴聲。進一步分析長半軸的振動響應和傳遞函數，使用動態(tài)減震器改變長半軸的模態(tài)，錯開共振點、減小振幅。從Ⅲ檔全油門加速噪聲分析來看， 當發(fā)動機轉速為3 400rpm左右時，使得車內噪聲下降1～5 dB（A），且噪聲波動很小，車內感覺不到轟鳴聲。

［1］星野博之，小沢義彥. 車內音を構成する音の要素とその評価［J］. 豊田中央研究所R&D レビュー.Vol. 30 No. 3 （ 1995. 9 ）:29-38.

［2］陳南等. 汽車振動與噪聲控制［M］. 人民交通出版社， 2005，8:192-208.

［3］于學華，張家棟. 汽車車內噪聲產生機理及控制技術［J］.噪聲與振動控制，2008，10，（5）: 122- 125.

［4］高波克治. 自動車の振動騒音低減技術［M］. 朝倉書店， 2011，3:10-46.

［5］社団法人自動車技術會. 自動車技術ハンドブック 試験·評価（車両）編［M］. 精興社 2006，3:151-153.

［6］張長會. 提高固有頻率測量精度的聲頻法及其工程應用［J］. 合肥工業(yè)大學學報（自然科學版） ，2005，12:1556-1558.

［7］戴英彪，李岳林，袁凱. 汽車NVH傳遞路徑分析法探討［J］.公路與汽運， 2010.3: 4-7

［8］龐劍，諶剛，何華. 汽車噪聲與振動［M］.北京理工大學出版社， 2006，6:138-142.

專家推薦

史建鵬：

該論文運用試驗分析的方法，提出了車型定轉速車內轟鳴聲主要影響因素，并通過傳遞路徑分析，提出使用動態(tài)減震器改變長半軸的模態(tài)，來減小振幅、錯開共振點。Ⅲ檔全油門加速噪聲分析試驗表明，在長半軸上安裝動態(tài)減振器后，車內噪聲水平得到明顯改善。

Operating Analysis of Booming Noise of the Fixedrpm of Engine

LIU Shou-yin
（The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co.，Ltd.， Hefei 230022， China）

It was confirmed that interior noise of the fixedrpm of engine is caused by booming noise， based on theLiterature datum of existing study on the interior noise. We make sure transfer path of the booming noise by testing. And we make sure the fixedrpm of engine produce sympathetic vibration with major driveshaft in power train by hammering test and analyze the vibration response and transfer function. Then we suggest that changing the major driveshaft's modal by using dynamic damper so as to decrease amplitude and avoid the resonance point. It was indicated that theLevel of interior noise was improved clearly by the analysis of the noise under full throttle acceleration in the 3rd gear after we assemble the dynamic damper in major driveshaft.

booming noise； transfer path analysis； operating analysis； knocking method

U 467. 4+93

A

1005-2550（2015）02-0053-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.02.012

2014-07-23