輕型載貨汽車車外噪聲分析與控制

曹燦

(南京依維柯汽車有限公司)

輕型載貨汽車車外噪聲分析與控制

曹燦

(南京依維柯汽車有限公司)

針對某輕型載貨汽車車外噪聲超出ECE R51—02規(guī)定限值的狀況，采用噪聲隔離法對噪聲源進行了識別，運用噪聲迭加原理確定了其車外主要噪聲源，并通過優(yōu)化發(fā)動機噴油預噴角以及采用吸聲、隔聲材料等降噪措施對其進行了降噪處理。通過對降噪前、后該車車外噪聲測試分析表明，采取降噪措施后，被試車輛車外加速噪聲由82 dB（A）下降到77.4 dB（A），滿足了ECE R51—02對該類車輛車外加速噪聲限值的要求。

1 某輕型載貨汽車噪聲超標情況

為保護環(huán)境，各國政府已頒布了相關的法律法規(guī)來限制汽車噪聲，越來越多的汽車廠商重視對車外加速噪聲的控制和研究，車外加速噪聲控制水平已成為決定車型開發(fā)成功與否的重要因素之一。目前，限制車外加速噪聲的法規(guī)主要有ECER51—02[1]、GB l495—2002[2]和ISO/362等。

國產(chǎn)某輕型載貨汽車搭載90 kW發(fā)動機，總質量為6 t，屬于N2類的車輛。在出口認證時，按照ECE R51—02方法A規(guī)定的測量方法（圖1）對該車的加速行駛車外噪聲進行了測量，得到其加速行駛車外最大噪聲為82 dB（A），超出ECE R51—02噪聲限值要求的78 dB（A）（表1）。為使該輕型載貨汽車的加速行駛車外最大噪聲滿足ECE認證限值要求，對其進行了噪聲源識別并采取措施進行降噪處理。

表1 加速行駛車外噪聲限值 dB（A）

2 基于隔離法的聲源識別

2.1 噪聲源識別

根據(jù)該車的配置及ECER51—02方法A的規(guī)定，變速器采用3擋，進線發(fā)動機轉速選取為3/4額定轉速，車輛勻速到達始端線；從車輛前端到達始端線開始立即將油門踏板踏到底，并直線加速行駛；當車輛后端到達終端線時立即停止加速。在保持運行工況和聲學環(huán)境基本不變的條件下，首先測得隔離掉所有研究對象聲源后的整車加速通過噪聲，然后拆除某個部件的噪聲隔離件，使之產(chǎn)生噪聲，再次重復測試車輛加速通過噪聲，最后按噪聲能量迭加原理即可計算出此部件的噪聲水平。通過此方法可測量出車輛各主要聲源噪聲水平及其在車輛運行總聲壓級中所占比重，即貢獻率，根據(jù)此結果即可采取相應的降噪措施。隔離法噪聲源識別試驗步驟見表2，聲源隔離方法見圖2，試驗結果見表3。

表2 隔離法噪聲源識別試驗步驟

表3 隔離法噪聲源識別試驗結果

對測得結果應用噪聲能量迭加公式便可得到各噪聲源在加速時的聲壓級[3]:

式中，L1為暴露某零部件后測得的聲壓級；L2為暴露某零部件前測得的聲壓級；L0為暴露零部件為聲源的聲壓級。

L0即為分解出的噪聲源聲壓級，則:L進氣=[LALB]；L變速器=[LC-LB]；L排氣=[LD-LC]；L發(fā)動機=[LE-LD]；L風扇=[LF-LE]，[]表示能量迭加。

通過聲源識別發(fā)現(xiàn)（表4），該輕型載貨汽車車外加速噪聲的主要聲源為冷卻風扇噪聲，其次為變速器噪聲及發(fā)動機噪聲。

表4 某輕型載貨汽車主要噪聲源分解數(shù)據(jù)

2.2 主要噪聲源產(chǎn)生機理分析

由以上分析可知，車外加速噪聲是汽車在特定的運動狀態(tài)下，由各部分噪聲（表4）輻射到車外空間產(chǎn)生的。

2.2.1 風扇噪聲

風扇噪聲主要由旋轉噪聲和渦流噪聲組成[4]。旋轉噪聲主要是旋轉葉片周期性擾動空氣而引起空氣壓力脈動而發(fā)出的噪聲；渦流噪聲是風扇旋轉時使周圍的空氣產(chǎn)生渦流，這些渦流由于粘滯力的作用又會分裂成一系列的小渦流，渦流的產(chǎn)生及分裂會使空氣發(fā)生擾動形成壓力波動，從而激發(fā)出噪聲。其中風扇轉速對風扇噪聲影響很大，轉速提高1倍時聲壓級增加超過10 dB（A）。通常在風扇低轉速時風扇噪聲比發(fā)動機噪聲低很多，但在高轉速時風扇往往成為主要的甚至是最大的噪聲源。風扇轉速與風扇噪聲關系曲線見圖3，測點在前輪中心線上，高1.2 m，距駕駛員側1 m。

2.2.2 發(fā)動機噪聲

發(fā)動機噪聲由燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力學噪聲構成[4]。燃燒噪聲是指氣缸內周期性變化的燃燒壓力通過活塞、連桿、曲軸、缸體等途徑向外輻射產(chǎn)生的噪聲，與發(fā)動機的燃燒方式和燃燒速度密切相關，其強、弱程度取決于壓力增長率及最高壓力增長率持續(xù)時間，且噴油參數(shù)的選擇對其有很大的影響；機械噪聲是發(fā)動機工作時各運動件之間及運動件與固定件之間作用的周期性變化的力引起撞擊產(chǎn)生的振動噪聲，主要包括活塞敲擊噪聲、配氣機構噪聲、皮帶噪聲、軸承噪聲、水流噪聲等；空氣動力性噪聲是氣體流動過程中的相互作用或氣體與物體之間相互作用而產(chǎn)生的噪聲，主要由旋轉噪聲（氣壓脈動）和渦流噪聲（紊流噪聲）組成，或者由于空氣發(fā)生壓力突變形成空氣擾動與膨脹而產(chǎn)生的噪聲，主要是發(fā)動機的進排氣噪聲。

2.2.3 變速器噪聲

變速器噪聲主要是齒輪噪聲。漸開線齒輪嚙合過程中，由于各嚙合點位置的剛度隨時間呈周期性變化，即使載荷不變，齒輪系統(tǒng)仍會像變剛度彈簧系統(tǒng)那樣激發(fā)出振動，所以剛度的變化本質上是齒輪產(chǎn)生振動的一個非線性問題，也是產(chǎn)生齒輪噪聲的根本原因。

3 車外加速噪聲的控制措施

3.1 降噪措施的路徑分析

降低整車車外加速噪聲主要是降低主噪聲源的貢獻以及采取吸聲、隔聲方法衰減噪聲輻射的傳遞。該車型主要噪聲源為風扇噪聲及動力總成噪聲。從風扇噪聲產(chǎn)生機理可知，降低風扇轉速可大幅降低風扇噪聲。該車型采用的是機械風扇，則發(fā)動機轉速即是風扇轉速，由于風扇一直保持高轉速狀態(tài)，所以會產(chǎn)生較大噪聲。對此可采用電子風扇代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械風扇來降低風扇噪聲，因為電子風扇可保持低轉速甚至停轉，停轉可最大限度地降低風扇噪聲。對于發(fā)動機噪聲，通過優(yōu)化發(fā)動機標定數(shù)據(jù)，以及重新平衡燃油經(jīng)濟性、動力性、噪聲之間的關系可達到很好的降噪效果。因對噪聲源的主動降噪往往受到限制，因此，針對發(fā)動機機械噪聲、變速器噪聲等可采用降噪復合材料特有的隔聲、吸聲性能，從噪聲的傳播途徑上實現(xiàn)降噪。

3.2 降低冷卻風扇噪聲

從噪聲源識別可知，冷卻風扇噪聲是車外加速噪聲中第1噪聲源，整車車外噪聲的降低是以該聲源有效控制為前提。可采用ECU控制的電子風扇代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械風扇，通過ECU精確控制風扇的開啟時間及風扇轉速，同時對冷卻風扇結構進一步優(yōu)化設計。對采用電子風扇的車輛進行了加速噪聲試驗，試驗時車輛運行在低負載工況，風扇處于不開啟狀態(tài)，風扇噪聲完全屏蔽，車外加速噪聲明顯下降，噪聲降低2.1 dB（A）。車外噪聲試驗結果見表5。

表5 采用電子風扇后車外噪聲試驗結果

3.3 發(fā)動機本體噪聲的控制

由前述分析可知，采取優(yōu)化燃燒參數(shù)的方式可降低發(fā)動機噪聲，降低柴油機燃燒噪聲的根本措施是適當降低柴油機燃燒過程中速燃期氣缸內的平均壓力增長率。由車外加速噪聲試驗方法可知，試驗時發(fā)動機工作轉速為2 250～3 000 r/min，噴油量≥50 mg/hub（外特性）。通過調整發(fā)動機此工作區(qū)域的預噴參數(shù)能夠有效的降低缸內壓力增長率，從而降低發(fā)動機噪聲，主要措施是緊貼發(fā)動機工作區(qū)增加二次預噴，即圖4中“3”表示的3次噴射（含2次預噴和1次主噴）。增加預噴的區(qū)域，主噴油量微降約1 mg，沖抵增加的預噴油量，用以平衡動力性及燃油經(jīng)濟性。預噴調整前、后發(fā)動機外特性和油耗變化分別見圖5和圖6，調整預噴后車外加速噪聲測試結果見表6。

表6 調整預噴后車外加速車外噪聲

通過調整預噴參數(shù)后，發(fā)動機在工作區(qū)2 250～3 000 r/min內噪聲降低1 dB（A）。發(fā)動機臺架噪聲降噪情況如圖7所示。

對比發(fā)動機降噪前、后車外加速噪聲的試驗結果（表5和表6）可知，該車型噪聲降低0.7 dB（A）。由圖5可看出，發(fā)動機外特性調整微小，對整車動力性沒有影響。由圖6可看出，發(fā)動機噴油量在高轉速區(qū)略有增加，但小于1%，結合車用柴油機的使用特點，實際使用中高轉速工況應用較少[5，6]，經(jīng)評估可以認可該降噪方法。

3.4 采用吸聲、隔聲材料降噪

針對主要噪聲源之一的變速器噪聲，采用吸聲及隔音材料進行降噪[7]，同時對傳動軸、排氣噪聲也進行隔擋。經(jīng)多次試驗對比后選取的降噪材料[8]見表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

輕型載貨汽車 車外噪聲 隔離法 噪聲控制

U467.4+93

A

1000-3703（2015）01-0027-04