載貨汽車駕駛室車身噪聲控制策略

許明春， 宣海軍， 朱曉東

（江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥230022）

載貨汽車駕駛室車身噪聲控制策略

許明春， 宣海軍， 朱曉東

（江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥230022）

針對載貨汽車駕駛室本身，結合其結構特點，從結構傳播噪聲和空氣傳播噪聲入手，闡述了駕駛室車身噪聲性能的評價方法和噪聲控制的主要策略，綜合采取車身隔振、壁板減振、阻尼控制、隔聲處理、吸聲處理、密封控制等多種措施進行降噪處理。

載貨汽車；駕駛室噪聲；噪聲控制策略

0 引言

中國汽車工業協會2013年發布上半年的銷售數據顯示，上半年國內載貨汽車累計銷售超過180萬輛，同比增長7.44%，國內保有量逐漸增加。隨著人們生活水平的不斷提高，日益凸顯的汽車舒適性問題也倍受關注，客戶群對載貨汽車噪聲水平和乘坐舒適性要求也越來越高。在汽車工業快速發展的背景下，我國近幾年汽車噪聲標準修訂也在加快，某些方面已接近國際水平。不過，國內生產的載貨汽車，在安全舒適、注重環保方面，仍遠不及國外先進的載貨汽車表現得更為優秀，例如沃爾沃、五十鈴等。

在整車NVH設計控制過程中，駕駛室車身的NVH性能占據著相當重要的位置，直接影響用戶的觸覺、聽覺、視覺感受。駕駛室內部噪聲主要包括兩個方面：一是車身壁板振動引起的結構傳播噪聲，這部分結構噪聲主要集中在500 Hz以下，試驗研究表明，駕駛室車身壁板振動輻射的結構低頻噪聲在車內噪聲中占主要地位［1］；二是車外聲源輻射傳入的空氣傳播噪聲，通過空氣載體由車外噪聲透過車身屏障及縫隙傳播進入車內。載貨汽車駕駛室車身噪聲的機理分析與控制措施便是針對以上兩種噪聲來源展開闡述。

1 車身結構傳播噪聲控制策略

1.1 車身結構噪聲分析

載貨汽車駕駛室總成由白車身焊接骨架、兩側車門總成、窗門玻璃、中控儀表臺、座椅、地毯頂棚內飾件等組成。與普通轎車相比，載貨汽車一般采用非承載式車身和非獨立懸架結構，汽車行駛過程中，動力系統激勵力、路面/輪胎激勵力一般首先傳到車架，然后再通過多個安裝在車架上的減振器傳到駕駛室車身懸置支撐點。

圖1 車身結構噪聲產生機理

車身結構噪聲產生的機理如圖1所示，駕駛室車身在懸置支撐點激勵力作用下產生壁板結構的振動響應，從而向車內輻射噪聲。此外，駕駛室內的空氣作為彈性體在車身封閉起來的空腔會形成許多固有的振動模態，即聲腔模態，一般載貨汽車第一階聲腔模態在60～90 Hz之間。在低階聲腔模態頻率范圍內，聲腔模態和車身結構振動模態容易產生很強的耦合作用，共同決定駕駛室內聲場分布情況。

汽車一旦低頻耦合模態在外界激勵下的響應過高，會產生車內很高的壓力脈動，形成車內轟鳴聲（booming），引起人耳不適，甚至頭暈、惡心［2］。

1.2 車身結構噪聲評價

車身激勵點處輸入下的車內聲學響應大小，可用車身聲學靈敏度或噪聲傳遞函數（NTF）來表示，常用來評價車身結構與內部空腔的聲學相關特性，車身聲學靈敏度能在車身設計或試制階段預測結構傳播噪聲的水平，從而為車內噪聲預估和控制提供依據。一般認為載貨汽車由車身懸置支撐點到駕駛員耳部處的聲學靈敏度值控制于60dB以下為宜，如圖2所示，對于高于該目標值以上的部分則需要考慮其是否處于車輛正常行駛下的激勵頻率范圍內，以便采取相應的降噪措施。

圖2 車身噪聲傳遞函數（NTF）曲線

車身聲學靈敏度可以通過仿真分析或試驗的方法獲得，相比較而言，試驗方法更為準確一些，NTF測試系統框圖如圖3所示，駕駛室處于自由或近似自由支撐狀態，激振器和力傳感器布置于前懸置點處。

圖3 車身噪聲傳遞函數（NTF）測試系統框圖

1.3 車身結構噪聲控制手段

1.3.1 車身隔振措施

一般振動傳遞率大于20dB時，隔振器被認為符合隔振要求。

理想的隔振器在低頻時應該剛度高、阻尼大，以抵御并吸收車架對車身的沖擊能量，高頻時應該是剛度低、阻尼小，以獲得良好的隔振效果。

車架至車身隔振效果取決于隔振器本身的剛度和車架、車身連接結構剛度如圖4所示。

圖4 車架-隔振器-車身隔振系統

隔振系統的總剛度可以由下式計算：

因此，為了達到良好的隔振效果，使隔振器剛度KI與設計期望的系統剛度K接近，車架連接點和車身底板縱梁連接位置處必須保證足夠高的動剛度水平，一般應高于隔振器6倍以上。

1.3.2 車身模態匹配控制

載貨汽車駕駛室白車身由焊接骨架、橫縱梁、壁板、支撐梁等組成，白車身低階結構模態表現為整車的彎曲或扭轉，集中于30 Hz以下，而高階結構模態表現為各壁板的局部模態，其與聲腔模態耦合形成了車內的結構噪聲。

1）剛度控制。車身低頻抖動主要取決于車身骨架的梁（地板縱梁、門檻、前窗橫梁、AB柱等）截面和接頭結構部件，其設計優劣直接影響駕駛室車身的剛度水平。

地板、頂棚壁板、后壁板是局部模態的集中區域，可以通過結構拓撲優化、形貌優化來提高局部模態，或采取點焊加強筋的方法提高壁板的剛度，如圖5所示。此外，車身鈑金件與車身骨架的連接、鈑金與鈑金之間的連接在裝配和焊接時要嚴格控制精度要求，確保零件間連接剛度可靠。

圖5 點焊加強筋提升局部模態

2）阻尼處理。車身壁板上使用阻尼減振材料是控制車內100～500Hz范圍內結構噪聲最有效的措施之一，表面阻尼處理可以有效地提高薄壁零件的結構阻尼、抑制共振、改善結構抗振降噪性能［3］。

載貨汽車地板敷設的阻尼材料常見為瀝青阻尼板，屬于拉伸型阻尼板，阻尼板的厚度、布置區域根據駕駛室車身模態仿真分析或模態試驗的結果確定。對于一些小面積高模態密度區域可以針對性地采用剪切型阻尼板材料，如鋼—樹脂層阻尼板或塑料樹脂剪切板，該類型阻尼板由于約束層的限制使得阻尼層產生剪切變形，阻尼性能更優。

2 車外輻射噪聲控制策略

2.1 車外空氣傳播噪聲分析

載貨汽車工作環境較為惡劣，作業功率要求較高，一般匹配柴油發動機，其本體輻射噪聲、燃燒噪聲、機械噪聲、進排氣系統噪聲等都比汽油發動機高。載貨汽車和乘用車不同，沒有單獨的發動機艙，發動機位于駕駛室底部，僅依靠兩側擋板作簡單的隔聲處理，以及用車身底板貼覆的隔熱墊材料作吸聲處理，因此動力系統噪聲能量一部分透過前圍板和底板傳入車內，另一部分輻射至空氣中，再經過車身系統傳入駕駛室內。

車輛在行駛過程中，輪胎噪聲和風激噪聲隨著車速的提高也會逐漸凸現出來，這兩類噪聲覆蓋的頻率范圍都比較寬。

2.2 車身吸隔聲性能評價

為評價車身系統對外界輻射噪聲的阻隔與吸收能力，可以在車輛主要噪聲源位置處（輪胎、進氣口、排氣口等）安放點聲源，在駕駛員耳部布置傳聲器，測量點聲源寬帶激勵下車內的噪聲響應。

測量結果可以獲得點聲源至車內的噪聲傳遞損失，來表示車身系統的吸隔聲能力，傳遞損失值越大，車身系統吸隔聲能力越好。還可以以1/3倍頻程的形式描述車身系統對1/3倍頻帶的噪聲衰減能力，如圖6所示，可見車身對低頻噪聲的衰減能力較差。

圖6 車身1/3倍頻程傳遞損失曲線

2.3 車身吸隔聲措施

車外輻射噪聲傳入車內噪聲能量的大小主要取決于車身系統吸隔聲性能的好壞，如圖7所示，車身吸隔聲系統由壁板、玻璃等機械屏障、車身密封系統和駕駛室內飾件組成。

圖7 車身隔聲系統分析

2.3.1 車身隔聲措施

面板低頻段隔聲性能與材料剛度及阻尼有關，中頻隔聲性能遵循質量定律，面密度越大，隔聲量越大，因此在滿足車身重量控制要求下，適當提高車門窗玻璃厚度，優化分配車身關鍵位置處壁板（底板、前圍板為主）的厚度能夠有效提升車身整體隔聲性能。

地毯的作用主要是隔離底板傳入的噪聲，其選料較為繁多，有PV膜+毛氈復合材料、PV膜+發泡材料、碳纖維+棉氈復合材料等。試驗證明，提高下層毛氈或棉氈的面密度可以有效隔離地板孔縫傳入的噪聲。

對于載貨汽車側圍、后圍雙層壁結構，可以在其空腔中填充玻璃纖維、毛氈、發泡材料，以增加隔聲效果。聲波在穿透的過程中，在幾種不同介質的界面處反射，被多孔材料吸收部分聲能量，能起到有效降噪的作用。

車身密封性能可以通過超聲波檢漏儀測試，將超聲波發生器開啟后置于駕駛室中央開闊區域處，緊閉車門車窗，在駕駛室外采用超聲波接收器掃描門窗密封處、前圍和底板孔縫處，以此來尋找出泄漏較為嚴重的區域。依據測試結果，對車門窗密封不良處檢查密封系統結構設計是否合理，密封膠條裝配是否有偏差，對線束過孔、操縱桿件過孔處應加強密封材料的使用，此外還須確保鈑金件的裝配、焊接精度滿足要求，密封涂裝膠的使用要到位。

2.3.2 車身吸聲措施

駕駛室內飾吸聲設計的目的在于消除室內混響聲，吸聲材料吸聲系數越高，吸聲面積越大，消除車內混響聲的效果越好［4］。

載貨汽車主要的內飾聲學包裝件為頂棚側壁材料和地毯材料，某國產車型頂棚側壁材料和地毯材料的吸聲系數曲線如圖8所示，常見的頂棚側壁內飾件為麻纖維板，屬于多孔吸聲材料，主要作用是消除車內混響聲，通過增加厚度、提高孔隙率可提高吸聲系數，還可以在背面局部位置貼覆一定厚度的棉氈輔助吸聲。

圖8 某載貨汽車聲學包裝件吸聲系數曲線

車內飾件除了考慮到材料本身的吸聲性能外，材料布置時在關鍵孔縫處、拼接處要做好過渡密封處理，且盡量保證材料和內壁能貼合緊密。

發動機隔熱墊貼覆在底板上，隔熱墊材料有玻璃石棉、氈料、疏松棉料等，其主要作用是隔絕發動機表面熱量向駕駛室內的傳遞，同時兼備吸收隔離發動機表面輻射聲的效果，圖8中描述的某種隔熱墊材料有較好的吸聲性能。考慮到環保問題，發動機隔熱墊應摒棄使用一些玻璃石棉類材料。

3 結語

載貨汽車的車身降噪是一個綜合復雜的工程，文中針對結構傳播噪聲和空氣傳播噪聲的機理或來源，給出了駕駛室車身噪聲性能的評價方法，并闡述了車身噪聲控制的基本策略，采取車身隔振、壁板減振、阻尼控制、隔聲處理、吸聲處理、密封控制等多種措施進行降噪處理。

［1］ 白松，徐新喜，任旭東，等.駕駛室內部噪聲分析與阻尼降噪［J］.噪聲與振動控制，2012（3）：139-142.

［2］ 龐劍，諶剛，何華，等.汽車噪聲與振動：理論與應用［M］.北京：北京理工大學出版社，2006.

［3］ 王奎洋，唐金花，袁傳義.車輛駕駛室降噪設計與仿真研究［J］.計算機仿真，2013，30（2）：161-164.

［4］ 張志宏.駕駛室內降噪措施［J］.機械產品與科技，2003（1）：14-16.

［5］ 趙化民.載貨汽車車內噪聲的控制［J］.汽車技術，1995（10）：35-38.

（編輯：昊 天）

Noise Control Strategies of Truck Cab Body

XU Mingchun,XUAN Haijun,ZHU Xiaodong
（Center of Technology,Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230022,China）

Combined with structural features of the truck cab itself,the cab body noise performance evaluation methods and the main noise control strategies are elaborated from structure-borne noise and airborne noise.Body vibration isolation,panel vibration reduction,damping control,sound insulation,sound absorption,sealing control and other measures for noise reduction are adopted.

truck;cab noise;noise control strategies

TB 533.2

A

1002－2333（2014）04－0072－03

許明春（1982—），男，助理工程師，主要從事汽車駕駛室設計。

2013-12-17