某SUV整车室内通过噪声部件贡献量分析与性能提升

陈 剑，高彬彬，殷金祥，邓厚科，宋文凤

(1.合肥工业大学 噪声振动工程研究所，合肥230009；2.安徽省汽车NVH工程技术研究中心，合肥230009；3.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥230601)

近年来，随着经济和科技的全面发展，人们的生活水平不断提高，汽车保有量也大幅增加，随之而来的就是汽车的噪声污染问题越来越严重[1]。目前，降低汽车通过噪声已成为各国及各汽车生产商的共同目标。影响汽车通过噪声的噪声源有很多，其中主要包括：发动机、进气系统、排气系统、轮胎以及传动系。当汽车通过噪声超标时，为了进行达标整改，需要研究各主因素对通过噪声的贡献比重，并依据分析结果指导相关子系统的改进。以往通常在室外试车场地上使用屏蔽法对通过噪声进行贡献量分析试验，因此易受标准[2]规定的严苛天气条件的影响，同时也不能保持测试的一致性。本文在半消声室内针对某运动型多用途汽车整车（Sport Utility Vehicle，SUV）在试制阶段使用屏蔽法对室内通过噪声超标问题进行主因素贡献量分析研究。

1 试验准备

1.1 试验条件

（1）试验场地：半消声室。

（2）试验环境：GB 1495-20××草案规定的气象及声学环境。

1.2 试验仪器

主要设备及软件：声学照相机；LMS 48 通道采集前端及其软件；传声器等附件。

2 主要噪声源定位

由于该车目前处于试制阶段，对其行驶过程中各噪声源的具体位置及噪声辐射强度的大致排序尚不明确，所以在对被测车辆进行通过噪声贡献量分析之前使用声学照相机对噪声源进行快速准确定位，从而提高后续试验的针对性与准确性。

2.1 声学照相机基本原理

声学照相机的硬件部分主要包括一个高灵敏度传声器阵列和信号检测处理器[3]。声学照相机工作时，阵列上的各传声器阵元对声场信号进行采样，然后声学照相机软件通过波束形成方法计算出声源的空间信息和强度信息，以彩色等高线图谱的形式显示出直观的图像并与由阵列上配装的摄像头所拍的实景视频图像叠加在一起，从而可以高效准确地得出被测对象中各声源的位置及强度信息。

2.2 噪声源识别试验

被测车辆置于半消声室内的低噪声四驱转毂试验台上，并且其中心线应尽可能地接近转毂试验台的中心线[4–5]。根据声学照相机的测试要求在半消声室内布置安装相应的传感器，同时尽量保证传声器阵列平面与汽车噪声辐射平面平行[6]。在被测车辆基于GB 1495-20××草案确定的试验工况[2]行驶时，对其不同侧面进行测量。其中几种声学照相机的布置位置如图1所示。

2.3 测量结果与分析

通过综合分析各个位置的测量数据，得出轮胎、发动机、排气消声器、进气口为汽车通过噪声的主要噪声源。其中轮胎和发动机的噪声辐射强度较其它噪声源明显偏大，这两个位置处的声成像结果如图2所示。

根据上述分析结果，下一步就可以对被测车辆采取针对性的声学屏蔽措施，进行噪声贡献量分析试验。

3 室内通过噪声贡献量分析

3.1 试验方法

转毂试验台的中心线左右两侧7.5 m 处布置传声器阵列，其长度不小于GB 1495-20××草案规定的AA′线与BB′线之间的距离，即20 m。本试验中，每侧布置21个传声器，相邻两个传声器的距离为1 m。进行通过噪声试验时通过设置转毂试验台参数由转毂模拟被测车辆特定的运行工况，然后开展通过噪声测量工作。

图1 声学照相机布置位置

图2 声学照相机成像

为了提高试验效率，采用逐一拆除屏蔽的方法对各主因素进行分析。在噪声源屏蔽方式上进行如下设计：轮胎屏蔽采用自行设计的内附吸声玻璃棉的屏蔽箱；进气口屏蔽采用大容积附加消声器，并且保证其进气阻力与原车相当；排气尾口屏蔽采用大容积附加消声器；自带排气消声器屏蔽采用防火性和吸声性较好的岩棉包裹。同时注意采用上述措施进行屏蔽时应尽量减轻对被测车辆结构动态特性的影响。被测车辆的全屏蔽状态如图3所示。

图3 被测车辆全屏蔽状态

根据如下步骤，分别测量车辆在匀速和加速工况下的通过噪声。

（1）车辆全屏蔽，测量通过噪声；

（2）车辆拆进气口消声器，测量通过噪声；

（3）车辆拆排气尾口消声器，测量通过噪声；

（4）车辆拆自带排气消声器岩棉包裹，测量通过噪声；

（5）车辆拆轮胎屏蔽箱，测量通过噪声。

3.2 测量结果与分析

3.2.1 通过噪声测量结果

对试验采集的时域数据进行平均后，分析左右两侧加速工况下响应最大处的有效声压级，并基于GB 1495-20××草案对该处匀速和加速工况下的通过噪声进行加权合并，得到最终的车辆通过噪声。具体试验数据及加权结果如表1所示。

由以上试验结果应用声能叠加原理[7]依次求出被测车辆动力总成（发动机+传动系统）、进气口、排气尾口、自带排气消声器以及轮胎对通过噪声的贡献量及对应的贡献率。

表1 通过噪声试验数据及加权结果/dB(A)

3.2.2 相关理论分析

（1）声能叠加原理

如果一个声场中有n个声源，且这n个声源发出的声音不是相同频率的单频音时，则这n 个声源在此声场某点处叠加后的总声压级Lp为

式中：Lpi为第i个声源传播到该点处的声压级。

已知n 个声源在某点处叠加后的总声压级为Lp，如果屏蔽掉第i 个声源后的总声压级为Lp(n-1)，则第i个声源的声压级Lpi为

（2）声能贡献率

根据声能叠加原理可知声场中单个噪声源i 对总声压级的声能贡献率η为

3.2.3 噪声贡献量计算结果

依据3.2.2 计算得出的各噪声源贡献量及对应的贡献率如表2所示。

表2 各噪声源贡献量及对应的贡献率

通过表2 可知，各噪声源按贡献量大小的排序为：轮胎>动力总成>进气口>自带排气消声器。

4 改进和验证

4.1 对该车采取的整改措施

由于轮胎为影响通过噪声的主要噪声源，拆除轮胎屏蔽箱后，通过噪声值升高非常明显，因此首先选择对轮胎进行优化。其次对动力总成的主要组成部分发动机进行声学屏蔽整改。进气口对通过噪声也有较大的贡献量，在频谱分析的基础上对原进气系统进行结构优化。具体整改措施如下。

（1）针对原轮胎进行外缘尺寸、胎面花纹形状及花纹深度的优化，通过对比测量，选用一款合适的轮胎。

（2）在发动机舱罩盖内部增设不低于10 mm厚的吸声棉，并在发动机进气歧管上部增设局部吸隔声罩盖。

（3）由图4 可知拆进气口消声器后匀速工况下的通过噪声变化不显著，而加速工况下的通过噪声在40 Hz～80 Hz的低频段有较大增量。因此对进气系统的结构进行优化，以降低加速工况下的低频段噪声。

图4 进气口消声器拆除前后通过噪声三分之一倍频程分析对比

4.2 实验验证

采取整改措施后按如下车况进行实验验证。

（1）更换低噪声轮胎（车况一）；

（2）更换低噪音轮胎+发动机舱罩盖内部增加吸音棉+进气歧管上部增加吸隔声罩盖+优化进气系统结构（车况二）。

2 种车况下的验证结果与原车的对比如图5所示。

图5 室内通过噪声对比

车辆通过噪声的具体计算结果如表3所示。

由表3 可知采取整改措施后，被测车辆的室内通过噪声从原来的70.6 dB(A)降低2.8 dB(A)到67.8 dB(A)，小于68.0 dB(A)的目标值，满足了该型汽车通过噪声的对标要求。

为验证室内外达标的一致性，笔者又对被测车辆进行了室外通过噪声试验，结果显示车况二下的通过噪声为67.3 dB(A)，同样满足对标要求。

表3 验证结果/dB(A)

5 结语

（1）在室内进行通过噪声贡献量分析试验避免了严苛天气条件的影响，并且只对被测车辆进行一次定置测量，对比室外多次往返试验而言，测试的一致性更高。

（2）因为被测车辆定置行驶，所以在进行通过噪声贡献量分析前可以使用声学照相机对车辆噪声源进行快速准确定位，从而提高试验效率，降低试验成本。

（3）通过逐一拆除屏蔽的方法得到了各主因素对通过噪声的贡献量和对应的贡献率。

（4）基于对试验结果的分析采取相应的整改措施并进行了实验验证。实验结果证明了整改措施的有效性，使该车基于GB 1495-20××草案的通过噪声达到了对标要求。