某型車車內(nèi)噪聲問題的試驗(yàn)研究

張 良 Zhang Liang

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某型車車內(nèi)噪聲問題的試驗(yàn)研究

張 良 Zhang Liang

（天津航天瑞萊科技有限公司成都試驗(yàn)與檢測中心，四川 成都 610031）

介紹車內(nèi)噪聲源識別的主要方法，針對國內(nèi)某型車在研發(fā)過程中的車內(nèi)噪聲問題展開研究，試驗(yàn)分析與主觀評價(jià)相結(jié)合，綜合運(yùn)用主觀評價(jià)、頻譜分析和運(yùn)轉(zhuǎn)消去法，確定渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動是車內(nèi)噪聲問題的噪聲源。分析引起車內(nèi)噪聲問題的原因，提出對渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動隔離采用二級隔振的改進(jìn)方案，并且通過試驗(yàn)和主觀評價(jià)驗(yàn)證改進(jìn)方案的有效性。

車內(nèi)噪聲；噪聲源；二級隔振

近年來，NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動、聲振粗糙度）性能已逐漸成為評價(jià)汽車舒適性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。噪聲問題作為NVH研究的重要組成部分，越來越受到人們的重視，其中車內(nèi)噪聲問題最為關(guān)注，已嚴(yán)重影響車內(nèi)乘員的乘坐舒適性。如何有效地控制車內(nèi)噪聲，已成為汽車行業(yè)的重要研究課題。控制車內(nèi)噪聲，首先需要搞清楚主要噪聲源，即聲源識別及聲源特性分析，然后有目的地對車內(nèi)噪聲進(jìn)行治理[1]。

1 噪聲源識別方法

車內(nèi)噪聲是指車廂外汽車各部分噪聲通過各種途徑傳入車內(nèi)的噪聲和汽車各部分振動傳遞到車身激發(fā)車身各部件結(jié)構(gòu)振動向車內(nèi)輻射的噪聲，這些噪聲聲波在車內(nèi)空間聲學(xué)特性的制約下，生成較為復(fù)雜的混響聲場，從而形成車內(nèi)噪聲。引起車內(nèi)噪聲的因素很多，主要有發(fā)動機(jī)振動噪聲、進(jìn)排氣振動噪聲、傳動系振動噪聲、輪胎振動噪聲、空氣噪聲和電器振動噪聲等[2]。

對噪聲源的正確識別，是車內(nèi)噪聲控制的基礎(chǔ)，決定噪聲控制努力的方向[3]。國際上對噪聲源識別方法的研究隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷深入。目前噪聲源識別方法主要有主觀評價(jià)法、近場測量法、選擇運(yùn)行法、鉛覆蓋法、表面振動速度（加速度）法、信號分析法、聲強(qiáng)分析法、聲全息法。每種噪聲源識別方法都有其自身特點(diǎn)、適用范圍及存在問題[1]。在對噪聲源進(jìn)行識別的過程中，需要根據(jù)存在的具體噪聲問題，合理選擇某一種噪聲源識別方法或結(jié)合多種噪聲源識別方法，對噪聲源準(zhǔn)確識別。

2 車內(nèi)噪聲問題描述及分析

2.1 車內(nèi)噪聲問題描述

國內(nèi)某型車在研發(fā)過程中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的車內(nèi)噪聲問題，影響到車內(nèi)乘員的乘坐舒適性。該車啟動熱機(jī)怠速一段時(shí)間后，出現(xiàn)持續(xù)吱吱聲，從主觀上人在車內(nèi)能明顯感受到，且在怠速工況時(shí)感受最為明顯；而在冷機(jī)怠速時(shí)，人在車內(nèi)卻感受不到吱吱聲。

車內(nèi)出現(xiàn)的吱吱聲已嚴(yán)重地影響到車內(nèi)乘員的乘坐舒適性，車內(nèi)噪聲問題必須得到有效解決。

2.2 車內(nèi)噪聲特性分析

為摸清車內(nèi)噪聲產(chǎn)生的根源，采集車內(nèi)噪聲，對其特性進(jìn)行分析研究。選取吱吱聲最為明顯的怠速工況作為分析研究的試驗(yàn)工況，利用LMS數(shù)據(jù)采集前端和LMS test.Lab數(shù)據(jù)分析軟件對車內(nèi)噪聲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析。

分別測試該車在冷機(jī)怠速（正常工況）和熱機(jī)怠速（問題工況）時(shí)的車內(nèi)噪聲（駕駛員右耳處）。并將測試得到的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，如圖1所示。

注：橫坐標(biāo)為時(shí)域值變換處理的結(jié)果，以下各圖相同。

圖1中實(shí)線為冷機(jī)怠速，虛線為熱機(jī)怠速。對比總聲壓級，冷機(jī)怠速車內(nèi)噪聲為42.46 dB(A),熱機(jī)怠速車內(nèi)噪聲為45.20 dB(A)；對比噪聲頻譜，熱機(jī)怠速時(shí)，車內(nèi)噪聲在390 Hz附近出現(xiàn)一個(gè)很大的噪聲峰值，而冷機(jī)怠速時(shí)該頻率附近不存在噪聲峰值。同時(shí)考慮到冷機(jī)怠速時(shí)為正常工況，不存在車內(nèi)噪聲問題，可確定熱機(jī)怠速時(shí)出現(xiàn)的車內(nèi)噪聲問題是由頻率在390 Hz附近的噪聲產(chǎn)生。

3 噪聲源識別

3.1 噪聲源分析

通過車內(nèi)噪聲的噪聲特性分析研究和人的主觀評價(jià)可知,該車存在的車內(nèi)噪聲問題具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）產(chǎn)生車內(nèi)噪聲的頻率在390 Hz附近；

2）冷機(jī)怠速時(shí)，未出現(xiàn)車內(nèi)噪聲問題，為正常工況，而熱機(jī)怠速時(shí)，出現(xiàn)車內(nèi)噪聲問題，為問題工況；

3）熱機(jī)怠速時(shí)，通過車內(nèi)、外的主觀評價(jià)，車內(nèi)可以明顯感受到吱吱聲，而車外或發(fā)動機(jī)艙卻感受不到吱吱聲。

根據(jù)車內(nèi)噪聲具有的以上幾個(gè)特點(diǎn)，分析得出以下推論：

1）車內(nèi)吱吱聲應(yīng)屬于結(jié)構(gòu)傳播引起的噪聲。因?yàn)闊釞C(jī)怠速時(shí)發(fā)動機(jī)艙的噪聲非常大，而主觀上在發(fā)動機(jī)艙沒有感受到吱吱聲，同時(shí)，經(jīng)過整個(gè)車體隔聲后，在車內(nèi)只能聽見非常細(xì)微的發(fā)動機(jī)噪聲，相反吱吱聲在車內(nèi)卻非常明顯；

2）車內(nèi)吱吱聲可能是由汽車運(yùn)行時(shí)與溫度有聯(lián)系的部件引起。因?yàn)槔錂C(jī)怠速時(shí)，車內(nèi)沒有出現(xiàn)噪聲，但當(dāng)汽車熱機(jī)怠速一段時(shí)間后，溫度升高，出現(xiàn)車內(nèi)噪聲，所以有可能是汽車溫度達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，汽車上的某個(gè)設(shè)備啟動，引起車內(nèi)噪聲。

3.2 噪聲源診斷

根據(jù)以上分析，該車熱機(jī)怠速時(shí)，通過振動加速度傳感器對汽車上主要的振動噪聲源表面進(jìn)行振動測試。測試發(fā)現(xiàn)渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)的振動頻譜峰值出現(xiàn)在390Hz附近，車內(nèi)噪聲和渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動頻譜對比如圖2所示。

圖2 車內(nèi)噪聲和水泵電機(jī)振動頻譜對比

由圖2可知，渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動頻譜上的振動峰值與車內(nèi)390 Hz附近出現(xiàn)的噪聲峰值在頻率上完全吻合，可以初步判定車內(nèi)噪聲是由渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動引起。

為進(jìn)一步確定渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)是否為車內(nèi)噪聲的噪聲源，采取運(yùn)轉(zhuǎn)消去法，拆除渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)與車身的連接螺栓，如圖3所示，使其斷開與車身的連接。

斷開連接時(shí)，在相同的測點(diǎn)位置、工況和測試方法下，對車內(nèi)噪聲進(jìn)行測試，得到車內(nèi)噪聲頻譜與原狀態(tài)車內(nèi)噪聲頻譜對比如圖4所示，圖中實(shí)線為斷開連接前，虛線為斷開連接后。

圖3 斷開水泵電機(jī)與車身連接

由圖4可知，斷開連接后，與渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)處于連接狀態(tài)的噪聲頻譜相比，390 Hz附近的噪聲峰值消失了，同時(shí)車內(nèi)噪聲聲壓級降到42.25 dB(A)，與沒有車內(nèi)噪聲問題時(shí)的水平相當(dāng)。同時(shí)對車內(nèi)噪聲進(jìn)行主觀評價(jià)，感受不到吱吱聲，可以確定在熱機(jī)怠速下出現(xiàn)的車內(nèi)噪聲的噪聲源為渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)。

圖4 斷開水泵電機(jī)與車身連接前、后車內(nèi)噪聲頻譜對比

4 改進(jìn)方案及驗(yàn)證

4.1 改進(jìn)方案

對渦輪增壓器冷卻水泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)通過螺栓連接安裝到車身上，在車身與渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)之間裝有橡膠墊，如圖3所示對渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動的隔離為單級隔振。從實(shí)際結(jié)果來看，采用單級隔振效果并不理想，未能有效隔絕渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)的振動傳遞，導(dǎo)致渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)工作時(shí)的振動傳遞到車身，激發(fā)車身各個(gè)部分結(jié)構(gòu)振動向車內(nèi)輻射噪聲，從而引起車內(nèi)噪聲問題。所以對渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)振動進(jìn)行有效隔離是消除車內(nèi)噪聲問題的關(guān)鍵。

對于單級隔振系統(tǒng)，只有選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)保證激勵頻率大于隔振頻率2倍以上才能起到隔振效果，在隔振系統(tǒng)中插入一個(gè)彈簧質(zhì)量元件，成為一個(gè)二級隔振系統(tǒng)。大量研究表明，單隔振裝置只適用于低頻區(qū)域（<50 Hz）的隔振問題，對于100 Hz以上高頻區(qū)域隔振效果并不理想，而且隔振頻段也比較窄。相對于單級隔振系統(tǒng)，二級隔振系統(tǒng)具有高隔斷系數(shù)和寬頻帶特性，能夠徹底切斷振動傳播路徑[4-5]。

渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)工作時(shí)的振動頻率在390 Hz附近，為高頻振動。采用二級隔振方法對渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)進(jìn)行振動隔離，具體隔振方案如下：

1）保留原有的單級隔振系統(tǒng)不變；

2）在車身與渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)之間插入一個(gè)彈簧質(zhì)量元件，如圖5所示，與原隔振結(jié)構(gòu)結(jié)合構(gòu)成二級隔振系統(tǒng)。

圖5 加裝水泵電機(jī)隔振支架

4.2 改進(jìn)方案的驗(yàn)證

渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)隔振系統(tǒng)改進(jìn)后，在相同的測點(diǎn)位置、工況和測試方法下測試車內(nèi)振動噪聲。熱機(jī)怠速時(shí)的車內(nèi)噪聲頻譜如圖6所示，駕駛員座椅導(dǎo)軌振動頻譜如圖7所示。圖中實(shí)線為改進(jìn)前，虛線為改進(jìn)后。

圖6 改進(jìn)前、后車內(nèi)噪聲頻譜對比

圖7 改進(jìn)前、后駕駛員座椅導(dǎo)軌振動頻譜對比

由圖6可知，改進(jìn)后390 Hz附近的噪聲峰值得到有效控制，同時(shí)車內(nèi)噪聲聲壓級為42.83 dB(A)，車內(nèi)噪聲聲壓級降低2.37 dB(A)，與沒有車內(nèi)噪聲問題時(shí)的水平相當(dāng)。

由圖7可知，改進(jìn)后駕駛員座椅導(dǎo)軌在390 Hz附近的振動峰值也得到有效控制。同時(shí)，進(jìn)行主觀評價(jià)，車內(nèi)已感受不到吱吱聲。無論是主觀感受還是客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)，都驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。

5 結(jié) 論

1）通過綜合運(yùn)用主觀評價(jià)法、頻譜分析和運(yùn)轉(zhuǎn)消去法等噪聲識別方法可以高效、準(zhǔn)確地識別出引起車內(nèi)噪聲問題的主要噪聲源；

2）渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)的隔振裝置對振動的隔離效果不佳是造成車內(nèi)噪聲問題的根源；

3）渦輪增壓器冷卻水泵電機(jī)隔振裝置的二級隔振設(shè)計(jì)可以有效隔離高頻振動，試驗(yàn)驗(yàn)證了二級隔振系統(tǒng)消除車內(nèi)噪聲問題的有效性。

[1] 賈繼德，陳安宇. 汽車噪聲源識別技術(shù)及發(fā)展[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2009，36（6）：11-13.

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[3] 韓松濤，潘耀曾. 噪聲源識別方法綜述[C]//上海國際工業(yè)博覽會-振動工程與信息化學(xué)術(shù)研討會，2002.

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2017-07-17

1002-4581（2017）05-0040-04

U467.4+93

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2017.05.011