降低轻型客车车内噪声的研究

郑君峰 王强

（康明斯（中国）投资有限公司）

降低轻型客车车内噪声的研究

郑君峰 王强

（康明斯（中国）投资有限公司）

为了解决某自主研发的轻型客车车内异响且噪声大等问题，通过频谱分析、频响函数等噪声振动分析方法进行了噪声源识别,发现其发动机的进气噪声和车身低频结构声是噪声的主要来源。针对进气噪声，设计了合适的1/4波长管，消除了共振频率噪声成分；针对结构噪声，调整了怠速转速，避开结构共振，从而降低了低频结构声。改进后实车验证表明，车内噪声声压级大幅降低,异响消除,声品质得到了显著改善。

以某自主开发的轻型客车为例，针对存在的振动噪声问题进行了系统的测试和分析，研究了噪声源识别和各主要噪声源对整车噪声的影响。根据研究结果采取了减振降噪措施，取得了理想效果。

1 整车振动噪声测试

汽车的噪声主要来源于发动机、传动系统、轮胎、车身和汽车附件等。这些噪声源互相关联、互相影响，因此需要根据具体问题，设计相应的试验进行诊断和识别。某自主开发的轻型客车存在车内噪声问题，所以首先需要进行噪声源识别，确定车内噪声的主要来源、噪声源引起噪声的机理及其传递路径。噪声源识别的第一步,就是对车内噪声进行主观评价[1]。

噪声测试在平直道路上进行，变速器分别挂空挡和3挡，油门全开，发动机转速从低怠速到3 600 r/min。主观感觉低怠速时车内振动较大，有耳膜压迫感；加速过程中声音的线性度不好，进气噪声很明显，且存在“突突”的车内异常噪声。进行主观评价的同时采集了车内噪声，测试了驾驶员、中排乘客和后排乘客耳旁的噪声，并做了频谱分析。

图1为怠速时车内噪声的1/3倍频程图。从图1可以看出，怠速时车内噪声高达60 dB（A），主要由500 Hz以下的中低频噪声主导，其中低频（25 Hz，点火频率）噪声很大，通常是由于整车隔振效果不好，传递较大的振动到车身，导致车内结构共鸣所致。图2是车内声压级随转速变化曲线。从图2中可以看出，驾驶员、中排乘客和后排乘客处的声压级整体上看都是随着发动机转速的增加而增加，但是局部出现了大的波动，声压级突然增加了2～3 dB（A），这个变化足以使人耳感觉到。这与主观评价的结果基本一致。进一步从图3的瀑布图可以看出，驾驶员耳旁噪声存在180 Hz和280 Hz两个明显的共振频率带，后排乘客耳旁噪声还有150 Hz的共振频率带。

结合图2和图3进行分析，可以做如下推测：汽车加速时车内噪声的波动及“突突”异响和几个共振频率带有很大关系，需要找出对应的噪声源。

由于150 Hz的共振频率只出现在后排，因此首先怀疑排气噪声问题，所以在车外测试了排气口的噪声。图4是原地加速时排气口噪声的瀑布图，从图4中可以看出，在150 Hz左右有共振频率，由此可以说明后排对应频率的噪声来自排气口辐射噪声。

然后综合考虑180 Hz和280 Hz的共振频率带和“突突”异响。主观判断异响来自进气口，而该车采用的是气压制动系统，提供压缩空气的空压机布置在发动机气缸盖的一侧并与发动机共用进气系统。由于空压机活塞上下运动和发动机进气门周期性的开闭，在空压机进气管和发动机进气管内会造成压力脉动从而辐射噪声[2]。因此，在整车怠速时切断空压机进气（堵住空压机进气口，空压机空转），分析空压机进气噪声的影响。图5是怠速时切断空压机进气前、后车内噪声频谱的对比，从图5可以看出，切断空压机进气后，对应180 Hz和280 Hz频率附近的声压级大幅降低，而且主观感觉“突突”异响几乎完全消失。据此可以判断180 Hz和280 Hz共振频率来自空压机进气噪声，同时也是“突突”异响的噪声源。

至此，已经找到了几个共振频率及异响的噪声源，需要进一步研究低频结构噪声的问题。设计了悬置振动试验，评估动力总成悬置的隔振率；锤击散热器总成和排气管总成，评估安装状态下的模态频率。测试结果表明，动力总成悬置的隔振率都在80%以上，基本满足轻型客车隔振要求。但图6所示的散热器总成1阶模态频率在25 Hz左右，正好对应低怠速750 r/min的2阶点火频率。图7所示的排气管总成1阶模态频率在25Hz左右，也容易与怠速振动耦合，产生共振。为了

验证这种振动耦合对车内低频结构噪声的影响，将怠速转速从750 r/min降到700 r/min，使模态频率与怠速点火频率错开。从图8所示的车内驾驶员耳旁噪声中可以看出，对应的25 Hz等结构声改善明显，总体声压级降低了近3 dB（A），可知振动耦合对车内低频噪声影响很大，必须改进。

观察空气滤清器发现，长方形的进气口截面积很大，导致扩张比小，进气消声效果不好。为此设计了一个进气噪声隔离试验，客观评价进气噪声对车内噪声的影响。即用一段长管将进气噪声引开，并且空气滤清器表面覆盖一层隔音材料。图9是隔离进气噪声后怠速车内驾驶员耳旁噪声1/3倍频程对比图，从中可以看出，进气噪声的主要影响范围为125～400 Hz，隔离进气噪声后车内噪声降低了2.5 dB（A），即进气噪声对怠速车内噪声的贡献率接近50%。图10是隔离进气噪声后转速变化时车内驾驶员耳旁噪声声压级对比，同样可以看出，隔离进气噪声后车内加速噪声明显降低。因此一定要改进空气滤清器以降低进气噪声。

2 减振降噪措施及效果

根据以上测试和分析结果，并结合实际条件，对样车进行了减振降噪工作。

2.1 进气消声特性改进

进气系统的噪声主要是指进气口处的噪声。该样车的测试结果表明进气噪声对车内噪声贡献非常大，而且空压机的进气噪声存在共振频率，所以需要改进进气消声特性。空气滤清器除了过滤空气外，另一个重要功能是消除进气口的噪声。空气滤清器相当于一个扩张消声器，其容积大小和尺寸决定了传递损失和中心频率。空气滤清器的容积一般要求至少达到发动机容积的3倍以上，才能达到良好的消声效果[3]。考虑样车的安装空间，选择了一款容积为21 L的空气滤清器（是发动机容积的5倍）。空气滤清器消声的另一方面考虑是管道的截面积，管道截面积越小，扩张消声器扩张比就越大，因此传递损失就越大，消声效果就越好。为此，选择新空气滤清器的扩张比是6.5。空压机进气共振频率原理是当声波传到旁支消声器后，一部分入射波被返回主管形成反射波，一部分入射波继续在主管传播形成投射波。利用消声器内某些频率的反射波与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]。这是一种共振消声器，通常包括赫尔姆兹消声器和1/4波长管两种形式。考虑到成本和可操作性，决定选择1/4波长管。

1/4波长管共振频率为：

式中，c为声速；L为波长管的长度；r是波长管半径。

可见影响1/4波长管的因素是长度和截面积，长度决定了传递损失的频率，其截面积与进气主管的截面积之比决定了传递损失的幅值大小[4]。试验得到需要消除的共振频率是180 Hz和280 Hz。根据计算，需要内径为25 mm、长度为490 mm和320 mm的两根波长管。

2.2 结构振动噪声改进

结构振动噪声改进措施包括减少散热器总成和排气系统总成隔振软垫的刚度、降低安装频率、与怠速点火频率错开等，但考虑到改进成本和软垫的耐久性，决定采取调整怠速转速到700 r/min的方式来改善车内结构振动噪声。

2.3 车内降噪

前围钣金和地板用EVA+PU做隔声处理，驾驶舱地板用热熔性阻尼胶进行局部加强。对内饰件进行改进，选用隔声、吸声效果好的内饰材料。

由于排气系统空间的限制，未考虑加装二级消声器来消除排气共振频率。

2.4 改进效果

图11是改进前、后怠速车内驾驶员耳旁噪声的1/3倍频程对比，从图11中可以看出，低频结构声和对应进气噪声的125～400 Hz频率段噪声有明显改善，声压级降低了近4 dB（A）。图12是改进前、后加速车内噪声的声压级对比，相比原状态，车内各点噪声明显降低，中间转速区可降低3～5 dB（A），且主观感觉进气噪声减弱很多。图13是改进前、后车内驾驶员耳旁噪声的瀑布图对比，可以看到1/4波长管有效消弱了共振频率，达到了预期效果。

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

轻型客车 车内噪声 声源识别 共振消声 频谱分析

U467.4+93

A

1000-3703（2015）12-0008-04