降低輕型客車車內噪聲的研究

鄭君峰 王強

（康明斯（中國）投資有限公司）

降低輕型客車車內噪聲的研究

鄭君峰 王強

（康明斯（中國）投資有限公司）

為了解決某自主研發的輕型客車車內異響且噪聲大等問題，通過頻譜分析、頻響函數等噪聲振動分析方法進行了噪聲源識別,發現其發動機的進氣噪聲和車身低頻結構聲是噪聲的主要來源。針對進氣噪聲，設計了合適的1/4波長管，消除了共振頻率噪聲成分；針對結構噪聲，調整了怠速轉速，避開結構共振，從而降低了低頻結構聲。改進后實車驗證表明，車內噪聲聲壓級大幅降低,異響消除,聲品質得到了顯著改善。

以某自主開發的輕型客車為例，針對存在的振動噪聲問題進行了系統的測試和分析，研究了噪聲源識別和各主要噪聲源對整車噪聲的影響。根據研究結果采取了減振降噪措施，取得了理想效果。

1 整車振動噪聲測試

汽車的噪聲主要來源于發動機、傳動系統、輪胎、車身和汽車附件等。這些噪聲源互相關聯、互相影響，因此需要根據具體問題，設計相應的試驗進行診斷和識別。某自主開發的輕型客車存在車內噪聲問題，所以首先需要進行噪聲源識別，確定車內噪聲的主要來源、噪聲源引起噪聲的機理及其傳遞路徑。噪聲源識別的第一步,就是對車內噪聲進行主觀評價[1]。

噪聲測試在平直道路上進行，變速器分別掛空擋和3擋，油門全開，發動機轉速從低怠速到3 600 r/min。主觀感覺低怠速時車內振動較大，有耳膜壓迫感；加速過程中聲音的線性度不好，進氣噪聲很明顯，且存在“突突”的車內異常噪聲。進行主觀評價的同時采集了車內噪聲，測試了駕駛員、中排乘客和后排乘客耳旁的噪聲，并做了頻譜分析。

圖1為怠速時車內噪聲的1/3倍頻程圖。從圖1可以看出，怠速時車內噪聲高達60 dB（A），主要由500 Hz以下的中低頻噪聲主導，其中低頻（25 Hz，點火頻率）噪聲很大，通常是由于整車隔振效果不好，傳遞較大的振動到車身，導致車內結構共鳴所致。圖2是車內聲壓級隨轉速變化曲線。從圖2中可以看出，駕駛員、中排乘客和后排乘客處的聲壓級整體上看都是隨著發動機轉速的增加而增加，但是局部出現了大的波動，聲壓級突然增加了2～3 dB（A），這個變化足以使人耳感覺到。這與主觀評價的結果基本一致。進一步從圖3的瀑布圖可以看出，駕駛員耳旁噪聲存在180 Hz和280 Hz兩個明顯的共振頻率帶，后排乘客耳旁噪聲還有150 Hz的共振頻率帶。

結合圖2和圖3進行分析，可以做如下推測：汽車加速時車內噪聲的波動及“突突”異響和幾個共振頻率帶有很大關系，需要找出對應的噪聲源。

由于150 Hz的共振頻率只出現在后排，因此首先懷疑排氣噪聲問題，所以在車外測試了排氣口的噪聲。圖4是原地加速時排氣口噪聲的瀑布圖，從圖4中可以看出，在150 Hz左右有共振頻率，由此可以說明后排對應頻率的噪聲來自排氣口輻射噪聲。

然后綜合考慮180 Hz和280 Hz的共振頻率帶和“突突”異響。主觀判斷異響來自進氣口，而該車采用的是氣壓制動系統，提供壓縮空氣的空壓機布置在發動機氣缸蓋的一側并與發動機共用進氣系統。由于空壓機活塞上下運動和發動機進氣門周期性的開閉，在空壓機進氣管和發動機進氣管內會造成壓力脈動從而輻射噪聲[2]。因此，在整車怠速時切斷空壓機進氣（堵住空壓機進氣口，空壓機空轉），分析空壓機進氣噪聲的影響。圖5是怠速時切斷空壓機進氣前、后車內噪聲頻譜的對比，從圖5可以看出，切斷空壓機進氣后，對應180 Hz和280 Hz頻率附近的聲壓級大幅降低，而且主觀感覺“突突”異響幾乎完全消失。據此可以判斷180 Hz和280 Hz共振頻率來自空壓機進氣噪聲，同時也是“突突”異響的噪聲源。

至此，已經找到了幾個共振頻率及異響的噪聲源，需要進一步研究低頻結構噪聲的問題。設計了懸置振動試驗，評估動力總成懸置的隔振率；錘擊散熱器總成和排氣管總成，評估安裝狀態下的模態頻率。測試結果表明，動力總成懸置的隔振率都在80%以上，基本滿足輕型客車隔振要求。但圖6所示的散熱器總成1階模態頻率在25 Hz左右，正好對應低怠速750 r/min的2階點火頻率。圖7所示的排氣管總成1階模態頻率在25Hz左右，也容易與怠速振動耦合，產生共振。為了

驗證這種振動耦合對車內低頻結構噪聲的影響，將怠速轉速從750 r/min降到700 r/min，使模態頻率與怠速點火頻率錯開。從圖8所示的車內駕駛員耳旁噪聲中可以看出，對應的25 Hz等結構聲改善明顯，總體聲壓級降低了近3 dB（A），可知振動耦合對車內低頻噪聲影響很大，必須改進。

觀察空氣濾清器發現，長方形的進氣口截面積很大，導致擴張比小，進氣消聲效果不好。為此設計了一個進氣噪聲隔離試驗，客觀評價進氣噪聲對車內噪聲的影響。即用一段長管將進氣噪聲引開，并且空氣濾清器表面覆蓋一層隔音材料。圖9是隔離進氣噪聲后怠速車內駕駛員耳旁噪聲1/3倍頻程對比圖，從中可以看出，進氣噪聲的主要影響范圍為125～400 Hz，隔離進氣噪聲后車內噪聲降低了2.5 dB（A），即進氣噪聲對怠速車內噪聲的貢獻率接近50%。圖10是隔離進氣噪聲后轉速變化時車內駕駛員耳旁噪聲聲壓級對比，同樣可以看出，隔離進氣噪聲后車內加速噪聲明顯降低。因此一定要改進空氣濾清器以降低進氣噪聲。

2 減振降噪措施及效果

根據以上測試和分析結果，并結合實際條件，對樣車進行了減振降噪工作。

2.1 進氣消聲特性改進

進氣系統的噪聲主要是指進氣口處的噪聲。該樣車的測試結果表明進氣噪聲對車內噪聲貢獻非常大，而且空壓機的進氣噪聲存在共振頻率，所以需要改進進氣消聲特性。空氣濾清器除了過濾空氣外，另一個重要功能是消除進氣口的噪聲。空氣濾清器相當于一個擴張消聲器，其容積大小和尺寸決定了傳遞損失和中心頻率。空氣濾清器的容積一般要求至少達到發動機容積的3倍以上，才能達到良好的消聲效果[3]。考慮樣車的安裝空間，選擇了一款容積為21 L的空氣濾清器（是發動機容積的5倍）。空氣濾清器消聲的另一方面考慮是管道的截面積，管道截面積越小，擴張消聲器擴張比就越大，因此傳遞損失就越大，消聲效果就越好。為此，選擇新空氣濾清器的擴張比是6.5。空壓機進氣共振頻率原理是當聲波傳到旁支消聲器后，一部分入射波被返回主管形成反射波，一部分入射波繼續在主管傳播形成投射波。利用消聲器內某些頻率的反射波與主管的入射波相位相反，相互抵消，使得入射波的幅值降低[3]。這是一種共振消聲器，通常包括赫爾姆茲消聲器和1/4波長管兩種形式。考慮到成本和可操作性，決定選擇1/4波長管。

1/4波長管共振頻率為：

式中，c為聲速；L為波長管的長度；r是波長管半徑。

可見影響1/4波長管的因素是長度和截面積，長度決定了傳遞損失的頻率，其截面積與進氣主管的截面積之比決定了傳遞損失的幅值大小[4]。試驗得到需要消除的共振頻率是180 Hz和280 Hz。根據計算，需要內徑為25 mm、長度為490 mm和320 mm的兩根波長管。

2.2 結構振動噪聲改進

結構振動噪聲改進措施包括減少散熱器總成和排氣系統總成隔振軟墊的剛度、降低安裝頻率、與怠速點火頻率錯開等，但考慮到改進成本和軟墊的耐久性，決定采取調整怠速轉速到700 r/min的方式來改善車內結構振動噪聲。

2.3 車內降噪

前圍鈑金和地板用EVA+PU做隔聲處理，駕駛艙地板用熱熔性阻尼膠進行局部加強。對內飾件進行改進，選用隔聲、吸聲效果好的內飾材料。

由于排氣系統空間的限制，未考慮加裝二級消聲器來消除排氣共振頻率。

2.4 改進效果

圖11是改進前、后怠速車內駕駛員耳旁噪聲的1/3倍頻程對比，從圖11中可以看出，低頻結構聲和對應進氣噪聲的125～400 Hz頻率段噪聲有明顯改善，聲壓級降低了近4 dB（A）。圖12是改進前、后加速車內噪聲的聲壓級對比，相比原狀態，車內各點噪聲明顯降低，中間轉速區可降低3～5 dB（A），且主觀感覺進氣噪聲減弱很多。圖13是改進前、后車內駕駛員耳旁噪聲的瀑布圖對比，可以看到1/4波長管有效消弱了共振頻率，達到了預期效果。

Study on Reducing Interior Noise of Light Bus

Zheng Junfeng,Wang Qiang
（Cummins(China)Investment Co.,Limited）

Unacceptable abnormal and excessive in-cab noise has been found on one self-developed light bus.To identify noise source,noise vibration analysis methods,i.e.frequency spectrum analysis,frequency-response function,etc., are made,which shows that engine intake noise and body low-frequency structural noise are the main noise sources.For intake noise,a 1/4 wavelength pipe is designed to attenuate resonance frequency noise;for structural noise,idle speed is adjusted to avoid structural resonance,thus reducing low frequency structural noise.With those improvement measures,the in-cab noise has been reduced dramatically with abnormal noise eliminated,sound quality is also improved obviously.

Lightbus,Interiornoise,Noisesourceidentification,Resonanceacoustic attenuation,Frequency spectrum analysis

輕型客車 車內噪聲 聲源識別 共振消聲 頻譜分析

U467.4+93

A

1000-3703（2015）12-0008-04