轻型载货汽车车外噪声分析与控制

曹灿

(南京依维柯汽车有限公司)

轻型载货汽车车外噪声分析与控制

曹灿

(南京依维柯汽车有限公司)

针对某轻型载货汽车车外噪声超出ECE R51—02规定限值的状况，采用噪声隔离法对噪声源进行了识别，运用噪声迭加原理确定了其车外主要噪声源，并通过优化发动机喷油预喷角以及采用吸声、隔声材料等降噪措施对其进行了降噪处理。通过对降噪前、后该车车外噪声测试分析表明，采取降噪措施后，被试车辆车外加速噪声由82 dB（A）下降到77.4 dB（A），满足了ECE R51—02对该类车辆车外加速噪声限值的要求。

1 某轻型载货汽车噪声超标情况

为保护环境，各国政府已颁布了相关的法律法规来限制汽车噪声，越来越多的汽车厂商重视对车外加速噪声的控制和研究，车外加速噪声控制水平已成为决定车型开发成功与否的重要因素之一。目前，限制车外加速噪声的法规主要有ECER51—02[1]、GB l495—2002[2]和ISO/362等。

国产某轻型载货汽车搭载90 kW发动机，总质量为6 t，属于N2类的车辆。在出口认证时，按照ECE R51—02方法A规定的测量方法（图1）对该车的加速行驶车外噪声进行了测量，得到其加速行驶车外最大噪声为82 dB（A），超出ECE R51—02噪声限值要求的78 dB（A）（表1）。为使该轻型载货汽车的加速行驶车外最大噪声满足ECE认证限值要求，对其进行了噪声源识别并采取措施进行降噪处理。

表1 加速行驶车外噪声限值 dB（A）

2 基于隔离法的声源识别

2.1 噪声源识别

根据该车的配置及ECER51—02方法A的规定，变速器采用3挡，进线发动机转速选取为3/4额定转速，车辆匀速到达始端线；从车辆前端到达始端线开始立即将油门踏板踏到底，并直线加速行驶；当车辆后端到达终端线时立即停止加速。在保持运行工况和声学环境基本不变的条件下，首先测得隔离掉所有研究对象声源后的整车加速通过噪声，然后拆除某个部件的噪声隔离件，使之产生噪声，再次重复测试车辆加速通过噪声，最后按噪声能量迭加原理即可计算出此部件的噪声水平。通过此方法可测量出车辆各主要声源噪声水平及其在车辆运行总声压级中所占比重，即贡献率，根据此结果即可采取相应的降噪措施。隔离法噪声源识别试验步骤见表2，声源隔离方法见图2，试验结果见表3。

表2 隔离法噪声源识别试验步骤

表3 隔离法噪声源识别试验结果

对测得结果应用噪声能量迭加公式便可得到各噪声源在加速时的声压级[3]:

式中，L1为暴露某零部件后测得的声压级；L2为暴露某零部件前测得的声压级；L0为暴露零部件为声源的声压级。

L0即为分解出的噪声源声压级，则:L进气=[LALB]；L变速器=[LC-LB]；L排气=[LD-LC]；L发动机=[LE-LD]；L风扇=[LF-LE]，[]表示能量迭加。

通过声源识别发现（表4），该轻型载货汽车车外加速噪声的主要声源为冷却风扇噪声，其次为变速器噪声及发动机噪声。

表4 某轻型载货汽车主要噪声源分解数据

2.2 主要噪声源产生机理分析

由以上分析可知，车外加速噪声是汽车在特定的运动状态下，由各部分噪声（表4）辐射到车外空间产生的。

2.2.1 风扇噪声

风扇噪声主要由旋转噪声和涡流噪声组成[4]。旋转噪声主要是旋转叶片周期性扰动空气而引起空气压力脉动而发出的噪声；涡流噪声是风扇旋转时使周围的空气产生涡流，这些涡流由于粘滞力的作用又会分裂成一系列的小涡流，涡流的产生及分裂会使空气发生扰动形成压力波动，从而激发出噪声。其中风扇转速对风扇噪声影响很大，转速提高1倍时声压级增加超过10 dB（A）。通常在风扇低转速时风扇噪声比发动机噪声低很多，但在高转速时风扇往往成为主要的甚至是最大的噪声源。风扇转速与风扇噪声关系曲线见图3，测点在前轮中心线上，高1.2 m，距驾驶员侧1 m。

2.2.2 发动机噪声

发动机噪声由燃烧噪声、机械噪声和空气动力学噪声构成[4]。燃烧噪声是指气缸内周期性变化的燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声，与发动机的燃烧方式和燃烧速度密切相关，其强、弱程度取决于压力增长率及最高压力增长率持续时间，且喷油参数的选择对其有很大的影响；机械噪声是发动机工作时各运动件之间及运动件与固定件之间作用的周期性变化的力引起撞击产生的振动噪声，主要包括活塞敲击噪声、配气机构噪声、皮带噪声、轴承噪声、水流噪声等；空气动力性噪声是气体流动过程中的相互作用或气体与物体之间相互作用而产生的噪声，主要由旋转噪声（气压脉动）和涡流噪声（紊流噪声）组成，或者由于空气发生压力突变形成空气扰动与膨胀而产生的噪声，主要是发动机的进排气噪声。

2.2.3 变速器噪声

变速器噪声主要是齿轮噪声。渐开线齿轮啮合过程中，由于各啮合点位置的刚度随时间呈周期性变化，即使载荷不变，齿轮系统仍会像变刚度弹簧系统那样激发出振动，所以刚度的变化本质上是齿轮产生振动的一个非线性问题，也是产生齿轮噪声的根本原因。

3 车外加速噪声的控制措施

3.1 降噪措施的路径分析

降低整车车外加速噪声主要是降低主噪声源的贡献以及采取吸声、隔声方法衰减噪声辐射的传递。该车型主要噪声源为风扇噪声及动力总成噪声。从风扇噪声产生机理可知，降低风扇转速可大幅降低风扇噪声。该车型采用的是机械风扇，则发动机转速即是风扇转速，由于风扇一直保持高转速状态，所以会产生较大噪声。对此可采用电子风扇代替传统的机械风扇来降低风扇噪声，因为电子风扇可保持低转速甚至停转，停转可最大限度地降低风扇噪声。对于发动机噪声，通过优化发动机标定数据，以及重新平衡燃油经济性、动力性、噪声之间的关系可达到很好的降噪效果。因对噪声源的主动降噪往往受到限制，因此，针对发动机机械噪声、变速器噪声等可采用降噪复合材料特有的隔声、吸声性能，从噪声的传播途径上实现降噪。

3.2 降低冷却风扇噪声

从噪声源识别可知，冷却风扇噪声是车外加速噪声中第1噪声源，整车车外噪声的降低是以该声源有效控制为前提。可采用ECU控制的电子风扇代替传统机械风扇，通过ECU精确控制风扇的开启时间及风扇转速，同时对冷却风扇结构进一步优化设计。对采用电子风扇的车辆进行了加速噪声试验，试验时车辆运行在低负载工况，风扇处于不开启状态，风扇噪声完全屏蔽，车外加速噪声明显下降，噪声降低2.1 dB（A）。车外噪声试验结果见表5。

表5 采用电子风扇后车外噪声试验结果

3.3 发动机本体噪声的控制

由前述分析可知，采取优化燃烧参数的方式可降低发动机噪声，降低柴油机燃烧噪声的根本措施是适当降低柴油机燃烧过程中速燃期气缸内的平均压力增长率。由车外加速噪声试验方法可知，试验时发动机工作转速为2 250～3 000 r/min，喷油量≥50 mg/hub（外特性）。通过调整发动机此工作区域的预喷参数能够有效的降低缸内压力增长率，从而降低发动机噪声，主要措施是紧贴发动机工作区增加二次预喷，即图4中“3”表示的3次喷射（含2次预喷和1次主喷）。增加预喷的区域，主喷油量微降约1 mg，冲抵增加的预喷油量，用以平衡动力性及燃油经济性。预喷调整前、后发动机外特性和油耗变化分别见图5和图6，调整预喷后车外加速噪声测试结果见表6。

表6 调整预喷后车外加速车外噪声

通过调整预喷参数后，发动机在工作区2 250～3 000 r/min内噪声降低1 dB（A）。发动机台架噪声降噪情况如图7所示。

对比发动机降噪前、后车外加速噪声的试验结果（表5和表6）可知，该车型噪声降低0.7 dB（A）。由图5可看出，发动机外特性调整微小，对整车动力性没有影响。由图6可看出，发动机喷油量在高转速区略有增加，但小于1%，结合车用柴油机的使用特点，实际使用中高转速工况应用较少[5，6]，经评估可以认可该降噪方法。

3.4 采用吸声、隔声材料降噪

针对主要噪声源之一的变速器噪声，采用吸声及隔音材料进行降噪[7]，同时对传动轴、排气噪声也进行隔挡。经多次试验对比后选取的降噪材料[8]见表7。

Analysis and Control of Light-duty Truck Pass-by Noise

Cao Can
（NAVECO Ltd）

For a light-duty truck noise exceeding the limit of ECE R51—02,we use the noise isolation method to identify noise sources,and the principle of superposition of noise to determine the main noise sources outside the truck. And we also take the measures,i.e.optimization of the engine fuel injection advance angle,and using the sound absorption and sound insulation material for noise reduction.Test analysis of the pass-by noise of the vehicle shows that the pass-by noise of the truck,after taking noise reduction measures,declines from 82 dB(A)down to 77 dB(A),which satisfies the requirement of acceleration noise limit of the ECE R51—02 on this class of vehicle.

Light-truck,Pass-by noise,Isolation method,Noise control

轻型载货汽车 车外噪声 隔离法 噪声控制

U467.4+93

A

1000-3703（2015）01-0027-04