公共汽车的玻璃源噪声调查与控制设计

连 乾，韩梦雪，代金洪，曹林涛

(湖北文理学院 土木工程与建筑学院，湖北 襄阳 441053)

1 引言

噪声污染是环境污染，影响群众的身心健康。城市化离不开基于共享基础设施的出行，其中公共汽车是组织灵活且适应性最好的公共交通措施。公共汽车的发动机、底盘以及其他组成部件都有噪声贡献，但是玻璃源噪声是公共汽车噪声区别于小汽车噪声的主要方面之一[1]。玻璃源噪声起因于车窗玻璃的推拉设计，属于振动噪声范畴，在空气介质中向四周扩散并衰减。公共汽车在运行中，玻璃源噪声影响车内人员与车外人员，对于公交优先策略构成潜在威胁。需要探究玻璃源噪声的控制措施。

2 汽车噪声生成原因与控制方向

2.1 噪声原因

空气与车体的冲击和摩擦产生难以避免的噪音。另外一个噪音主要是物体振动。车辆虽然呈现为一个整体性产品，但是实际是由不同零件与部件经过铆接、焊接、搭接、密封等连接方式组合而成，运行中的车辆就会有部件发生相对位移，车辆结构就会有噪音[2]。有些零部件间的相对位移非常小，肉眼不可见；有些则非常显著，比如减震弹簧。

2.2 控制方向

汽车是由钢铁、橡胶、塑料、玻璃等材料组成的机械；不同材料振动特性不一样，并且连接方式也有影响。机械原理出发减少振动噪声[3]，主要是高强度塑料替代金属材料、一体结构替代组装结构。这与人体类似，弯曲关节会有响声。在汽车零部件领域，大量的塑胶材料在应用，比如底盘封盖装置采用GMT玻璃纤维毡增强热塑性复合材料；其他低阻尼材料也有市场，比如传统齿轮传动也开始被皮带传动所取代。房屋建筑领域的装配式也是将噪音留在工厂而不是房屋施工现场，最近特斯拉也传出巨型铸造机概念，以便进行一体式车身铸造。事实上，超长无缝铁轨也降低了高铁运行的噪音。

由声学原理出发也可控制噪声，具体有吸声、隔声、减震三种方法。吸声是用特种材料吸收掉一部分，反射回来的能量就可减少，私家车的内饰件部分多数考虑柔韧性与密切接触，以便消除振动。隔声是用某种隔声材料将声源与周围环境隔离，使辐射的噪声不能通过该材料向外传播，比如发动机的整体式封装包裹，发动机部位与车内空间的类似隔音屏的阻断隔绝。由于金属薄板与各类零部件的组合安装，包含发动机抖动在内的各种振动源不仅传播噪声而且有胁迫振动。这要求零部件向整体化发展以及柔韧性连接发展，同时要求安装质量的精密性。小汽车的车窗玻璃不仅是整体块件去掉了玻璃块件间的撞击响动，而且用曲面加强了与缝隙的结合。

3 玻璃源噪声发生规律

3.1 测试方法

采用手持式噪声计实测道路上运行中公共汽车的车内噪声，并与小汽车相比较。这些状态包括不同速度、不同平整度的路表等。选择单车噪声[4]随车测试，路段固定且在交通自由时段，前后左右车辆间距不少于50 m。测试人员坐在公共汽车中部，反复连续测试，记录多个状态的噪声与路段特征，并对测试数据进行统计分析，剔除异常数值后记录数值区间并取平均值。此外，对相同路段采用紧闭车窗玻璃的小汽车进行测试。

3.2 沥青路面正常路段的车内噪声

不同速度下沥青路面正常干燥状态的车内噪声测试结果见表1。由表1可知，在所有速度下，小汽车的车内噪声均明显低于公共汽车；加速起步与中高速运行时与公共汽车车内噪声水平相当，且明显高于怠速与低速状态。测试过程中关于玻璃响动的现象如下：怠速与低速运行时，玻璃响动并不明显；起步与高速运行，玻璃响动越来越明显。这是因为，小汽车的整车性能(连接与密封)明显优于公共汽车，车内噪声也相应显著地低，同时速度变动以及高速振动带来的附加振动影响大。显然，需要优化零部件的相互结合方式以便减少振动或摩擦噪声。

表1 正常沥青路面不同速度的车内噪声 dB

3.3 沥青路面不平整路段的车内噪声

城市道路沥青路面的不平整路段，外在表现为裂缝、坑槽、井盖与伸缩缝等，车内噪声测试结果见表2。测试过程中均能在公共汽车上明显听到玻璃与窗框间的晃动撞击声音。由表2可知：小汽车经过各种不平整路段的车内噪音明显低于公共汽车的车内噪音；在噪音大小上表现为，宽深的坑槽>圆形井盖>桥梁伸缩缝>横向裂缝。显然，路表高程差严重影响了公共汽车的通行平顺性，放大了车辆零部件的振动与摩擦。这要求，道路设计、建造与养护，需要追求路表平整度。

表2 沥青路面不平整路段的车内噪声 dB

4 玻璃源噪声控制措施

4.1 材料选择分析

在实验室外选择报废的客车进行玻璃晃动下的噪声测试，选择橡胶、硅胶等可不均匀变形的弹性材料作为卡嵌玻璃的材料。经过测试，未有卡嵌下的晃动态噪音高达73～90 dB，卡嵌后噪音只有45～60 dB。很显然弹性材料的卡嵌稳定对于控制噪音很重要。如果只是单点加塞，会由于局部应力集中加大玻璃损坏的风险；另一方面，单点加塞的稳定效果并不理想，也就是需要多点乃至宽面线性加塞。为便于操作，需要硬质材料作为导向衬板。

4.2 结构特征设计

玻璃稳定减噪装置包括吸盘、楔形块、硬塑板与塑胶绳等主要部件。技术特征包括[5]：楔形块为含中空腔体且横截面呈三角的柔软块，外表面有均布凸起且在横截面扩大的端部有突出的限位板；硬塑板穿插在楔形块的中空腔体内；吸盘上伸出两根塑胶绳，一根连接楔形块，另一根连接硬塑板。预期效果是：柔软楔形块便于被硬塑板引导进入缝隙，均布凸起便于稳定楔形块在缝隙内；块件有吸盘与塑胶绳连接，并可束缚在车窗上不易丢失。结合大学生创新进行物化实践[6]，购买材料后初步加工与试验，发现宽面卡嵌与内饰件整体性的理念需要进一步加强。优化结构如下：梳子形板材替代楔形块与三角板，可折叠软片与板材外伸式单面黏附，并且板材的梳齿长短间距不一，同事软片也有凸点；可通过包裹或叠合方式卡嵌在缝隙中，以硅胶软皮的不均匀变形实现稳定。图1展示了优化的结构，其中数字1表示梳子形板，梳子2表示把手，数字3表示软片。

图1 汽车玻璃的卡嵌稳定装置

5 结论

公共汽车的玻璃源噪声影响乘车质量。根据汽车噪声发生与控制方向，应该减少零部件的胁迫振动。实际测试公共汽车在多个状态下的车内噪声，并与小汽车进行比较，稳定内饰件非常有必要，同时也应该追求路表平整度。根据功能分析，明确了装置的减震用弹性材料与导向用硬质材料要求，设计了玻璃稳定减噪装置的结构特征；进一步经过专利物化实践，优化设计。对下一步加工实用小产品进行转化应用具有积极意义。