定轉(zhuǎn)速車內(nèi)噪聲的試驗(yàn)分析

劉守銀

定轉(zhuǎn)速車內(nèi)噪聲的試驗(yàn)分析

劉守銀

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230022）

根據(jù)現(xiàn)有的車內(nèi)噪聲的研究資料，確定某車型定轉(zhuǎn)速車內(nèi)噪音主要影響因素是轟鳴聲。通過試驗(yàn)進(jìn)行傳遞路徑分析，確定轟鳴聲的傳遞路徑。再使用敲擊法試驗(yàn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)系上的長(zhǎng)半軸產(chǎn)生共振，并進(jìn)一步分析長(zhǎng)半軸的振動(dòng)響應(yīng)和傳遞函數(shù)，提出使用動(dòng)態(tài)減震器改變長(zhǎng)半軸的模態(tài)，來減小振幅、錯(cuò)開共振點(diǎn)。Ⅲ檔全油門加速噪聲分析試驗(yàn)表明，在長(zhǎng)半軸上安裝動(dòng)態(tài)減振器后，車內(nèi)噪聲水平得到明顯改善。

轟鳴聲；傳遞路徑分析；試驗(yàn)分析；敲擊法

前　言

在對(duì)某四缸發(fā)動(dòng)機(jī)小型車主觀評(píng)價(jià)時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 400rpm左右時(shí)，車內(nèi)感覺到有壓迫耳膜使人感到不舒服的聲音。

車輛在行駛時(shí)，車內(nèi)噪聲由各種各樣的聲音組成的，這些聲音叫做聲音要素，代表性聲音要素是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、轟鳴聲、路面噪聲和風(fēng)噪這四個(gè)因素，如圖1所示：

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的0.5階次為基本頻率的復(fù)合周期聲音，主要頻率范圍在5 kHz以下；轟鳴聲的頻率范圍在20～250 Hz的低頻聲音，感覺像壓迫耳膜那樣的聲音；路面噪聲是路面和輪胎產(chǎn)生的隨機(jī)性聲音；而風(fēng)噪是因車輛高速行駛時(shí)由氣流產(chǎn)生的隨機(jī)性的聲音，頻率范圍在500～5 000 Hz［1］。

因此，車內(nèi)壓迫耳膜的聲音是轟鳴聲。轟鳴聲是車內(nèi)噪聲的主要表現(xiàn)形式之一。它使乘坐人員感到壓抑、煩躁、易于疲勞，嚴(yán)重影響汽車乘坐的舒適性［2］。因此必須對(duì)該車的轟鳴聲進(jìn)行分析和改善。

隨著人們對(duì)汽車乘坐舒適性要求的提高，各國(guó)對(duì)汽車噪聲要求的越來越嚴(yán)格，改善車輛內(nèi)部聲學(xué)環(huán)境，降低車內(nèi)噪聲水平，是各國(guó)政府和汽車生產(chǎn)廠家共同關(guān)心的問題［3］。

1　轟鳴聲的調(diào)查分析

1.1 對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行檢測(cè)

試車跑道上，Ⅲ檔全油門加速（Ⅲ-WOT），發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500rpm →3 600rpm，檢測(cè)車內(nèi)噪聲，測(cè)試結(jié)果如圖2所示：

從圖2測(cè)試結(jié)果來看，在3 426rpm左右車內(nèi)噪聲都產(chǎn)生了峰值，產(chǎn)生轟鳴聲，這與人主觀感受是一致的。從階次上看，此轟鳴聲主要是受2階次噪聲影響，而4和6階次噪聲影響不大。

1.2發(fā)動(dòng)機(jī)二階頻率的計(jì)算

轟鳴聲是噪聲整體能量的支配因素，并且這個(gè)峰值的頻率相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的2倍，加振力主要是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)氣體壓力及活塞等運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。由這些力產(chǎn)生的動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞到車體，被激振車體面板產(chǎn)生的噪聲向四周發(fā)射，同時(shí)由于車內(nèi)空間的空腔共鳴，音壓幅度增大，產(chǎn)生具有一定壓迫感令人不快的轟鳴聲。從音質(zhì)的角度來看，降低轟鳴聲非常必要［4］。該車型所采用發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸機(jī)，根據(jù)計(jì)算公式：

其中：rpm為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，n為氣缸數(shù)。

可計(jì)算出四缸發(fā)動(dòng)機(jī)在3 426 r/min二階次成分的頻率為114 Hz。

2　轟鳴聲的傳遞路徑分析

2.1傳遞路徑

要解決振動(dòng)噪音問題，首先必須要搞清楚其現(xiàn)振源和傳遞路徑，并根據(jù)分析結(jié)果去找對(duì)策、方案。搭載4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛，由發(fā)動(dòng)機(jī)2階次成分產(chǎn)生的轟鳴聲的傳遞路徑如圖3所示。

由圖3可知，轟鳴聲雖說是一個(gè)振動(dòng)噪聲現(xiàn)象，但是傳遞路徑較多， 傳遞系統(tǒng)中的零部件也比較多，是車內(nèi)噪聲中最復(fù)雜的噪聲現(xiàn)象，因此，評(píng)價(jià)和分析必須在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行［5］。

2.2振動(dòng)和噪聲的關(guān)系

根據(jù)物體的振動(dòng)在空氣中會(huì)因壓力變動(dòng)而產(chǎn)生聲音。也就是說傳遞振動(dòng)的媒體只是固體或空氣的差，振動(dòng)和聲音同步發(fā)生的。

3　轟鳴聲的試驗(yàn)分析

3.1用敲擊法考察振動(dòng)響應(yīng)

根據(jù)傳遞路徑（如圖3所示）對(duì)轉(zhuǎn)速3 400 r/min時(shí)的轟鳴聲進(jìn)行試驗(yàn)分析，首先采用加裝吸音棉、橡膠板等隔音措施，對(duì)轟鳴聲沒有影響，說明不是由發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)噪聲直接傳遞而來的；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置和前后懸架的試驗(yàn)檢測(cè)，隔聲量都比較大；改變進(jìn)排氣固定結(jié)構(gòu)，屏蔽排氣口噪聲后，從測(cè)試數(shù)據(jù)上看，轟鳴聲并沒有很大的變化，說明這些部件并不是噪聲來源。

四缸發(fā)動(dòng)機(jī)在3 426 r/min二階次成分的頻率為114 Hz，所以，這個(gè)振動(dòng)頻率與傳動(dòng)系這條傳遞路徑上的某個(gè)零部件產(chǎn)生共振，這個(gè)件的共振傳遞到車身，產(chǎn)生了轟鳴聲，如果找到這個(gè)共振件，并改變其固有振動(dòng)頻率，消除共振，就可減小轟鳴聲的強(qiáng)度。

不同材料、不同尺寸和形狀的結(jié)構(gòu)，若被撞擊，發(fā)出聲音的頻率是各不相同的。聲音頻率的不同事實(shí)上也就反映了系統(tǒng)固有特性的差別，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在受到動(dòng)載荷激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)將通過流體媒介向周圍傳播噪聲，噪聲的頻率和結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)的頻率有著直接、密切的聯(lián)系。

在長(zhǎng)半軸上均等分地布置三個(gè)振動(dòng)傳感器，用力錘敲擊中間點(diǎn)2點(diǎn)（Z向），測(cè)試振動(dòng)信號(hào)，分析長(zhǎng)半軸的振動(dòng)響應(yīng)。

通過敲擊法對(duì)傳動(dòng)系的零部件的進(jìn)行模態(tài)分析，試驗(yàn)方法與長(zhǎng)半軸相同，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)半軸的頻率與114 Hz相近。的振動(dòng)響應(yīng)出現(xiàn)了明顯的峰值，產(chǎn)生了共振，加大車身的振動(dòng)。

3.2長(zhǎng)半軸到車內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)的測(cè)量

用力錘敲擊中間點(diǎn)（點(diǎn)2）（Z向），測(cè)試駕右、后右聲壓，則可以得到車內(nèi)聲壓與敲擊力之間的傳遞函數(shù)。結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞函數(shù)（［ P/F ］i）通常要控制在一定范圍內(nèi)，對(duì)多數(shù)轎車來說，一般在55 dB /N以內(nèi)，乘坐人員不會(huì)感到不舒服［7］。

在112 Hz左右，長(zhǎng)半軸到車內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)超過了55 dB /N，這種強(qiáng)度的振動(dòng)對(duì)車內(nèi)噪聲產(chǎn)生很大的影響，如圖5所示。

由此看見，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速3 400rpm左右（頻率為114 Hz左右）時(shí)，車內(nèi)產(chǎn)生轟鳴聲的主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)二階次成分與傳遞路徑上的長(zhǎng)半軸共振，并傳遞到車身，產(chǎn)生了車內(nèi)轟鳴聲。

4　改善措施及其驗(yàn)證

4.1在長(zhǎng)半軸上裝動(dòng)態(tài)減震器的效果

當(dāng)減振器主動(dòng)件和慣性元件之間用橡膠彈簧圈元件連接時(shí)，即構(gòu)成橡膠阻尼彈性減振器［8］，也就是動(dòng)態(tài)減震器。

根據(jù)以上分析，為了改變長(zhǎng)半軸的模態(tài)，在長(zhǎng)半軸的中段增加115 Hz的動(dòng)態(tài)減震器，如圖6所示。

通過檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，消除共振峰值（114 Hz），但是在共振峰的低頻率（92 Hz）和高頻率（155 Hz）產(chǎn)生了兩個(gè)相對(duì)較小的峰值，如圖7所示：

4.2裝動(dòng)態(tài)減震器后的振動(dòng)相應(yīng)的變化

在長(zhǎng)半軸的中段增加115 Hz的動(dòng)態(tài)減震器后，長(zhǎng)半軸到車內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)，在110 Hz左右遠(yuǎn)小于55 dB /N；在155 Hz左右小于 55 dB /N；在92 Hz左右大于 55 dB /N，如圖8所示：

從圖8來看，在長(zhǎng)半軸上增加115 Hz的動(dòng)態(tài)減震器后，大幅降低了110 Hz左右長(zhǎng)半軸的振動(dòng)響應(yīng)和車內(nèi)噪聲，但是92 Hz和155 Hz的振動(dòng)響應(yīng)以及長(zhǎng)半軸到車內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)增大了。根據(jù)公式（1），92 Hz和155 Hz對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分別為2 705rpm和4 645rpm。轉(zhuǎn)速4 645rpm超出了正常駕駛轉(zhuǎn)速區(qū)域，并且低于55 Pa/N可以不考慮，而要關(guān)注轉(zhuǎn)速2 705rpm對(duì)轟鳴聲的影響。

另外，將動(dòng)態(tài)減震器分別裝在長(zhǎng)半軸的中部、靠近變速箱等不同部位進(jìn)行試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果來看，半軸的振動(dòng)響應(yīng)特性和長(zhǎng)半軸到車內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)特性是相同的。

4.3 Ⅲ檔全油門加速噪聲分析

從圖9和圖10車內(nèi)噪聲檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，相對(duì)原狀態(tài)（圖中base曲線），長(zhǎng)半軸上增加動(dòng)態(tài)減震器后，在3 400rpm左右，2階次噪聲有3～11 dB（A）的下降，從而使得車內(nèi)噪聲下降1～5 dB（A），且噪聲波動(dòng)很小。

另外，長(zhǎng)半軸上增加動(dòng)態(tài)減震器后，在2 705rpm左右，車內(nèi)噪聲沒有產(chǎn)生明顯的變化，不會(huì)感到轟鳴聲。

專家及技術(shù)人員等對(duì)裝動(dòng)態(tài)減震器的車輛進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，都認(rèn)為已經(jīng)感受不到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3 400rpm左右時(shí)令人不舒服的轟鳴聲。

5　結(jié)　論

通過對(duì)振動(dòng)傳遞路徑上的零部件的試驗(yàn)分析，使用敲擊法試驗(yàn)找到車內(nèi)轟鳴聲主要是發(fā)動(dòng)機(jī)在3 400rpm左右時(shí)與長(zhǎng)半軸產(chǎn)生共振，放大了發(fā)動(dòng)機(jī)在3 400rpm左右時(shí)的2階次振動(dòng)，而此共振傳遞到車身，產(chǎn)生了影響乘坐人員聽覺感受的轟鳴聲。進(jìn)一步分析長(zhǎng)半軸的振動(dòng)響應(yīng)和傳遞函數(shù)，使用動(dòng)態(tài)減震器改變長(zhǎng)半軸的模態(tài)，錯(cuò)開共振點(diǎn)、減小振幅。從Ⅲ檔全油門加速噪聲分析來看， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 400rpm左右時(shí)，使得車內(nèi)噪聲下降1～5 dB（A），且噪聲波動(dòng)很小，車內(nèi)感覺不到轟鳴聲。

［1］星野博之，小沢義彥. 車內(nèi)音を構(gòu)成する音の要素とその評(píng)価［J］. 豊田中央研究所R&D レビュー.Vol. 30 No. 3 （ 1995. 9 ）:29-38.

［2］陳南等. 汽車振動(dòng)與噪聲控制［M］. 人民交通出版社， 2005，8:192-208.

［3］于學(xué)華，張家棟. 汽車車內(nèi)噪聲產(chǎn)生機(jī)理及控制技術(shù)［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2008，10，（5）: 122- 125.

［4］高波克治. 自動(dòng)車の振動(dòng)騒音低減技術(shù)［M］. 朝倉書店， 2011，3:10-46.

［5］社団法人自動(dòng)車技術(shù)會(huì). 自動(dòng)車技術(shù)ハンドブック 試験·評(píng)価（車両）編［M］. 精興社 2006，3:151-153.

［6］張長(zhǎng)會(huì). 提高固有頻率測(cè)量精度的聲頻法及其工程應(yīng)用［J］. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） ，2005，12:1556-1558.

［7］戴英彪，李岳林，袁凱. 汽車NVH傳遞路徑分析法探討［J］.公路與汽運(yùn)， 2010.3: 4-7

［8］龐劍，諶剛，何華. 汽車噪聲與振動(dòng)［M］.北京理工大學(xué)出版社， 2006，6:138-142.

專家推薦

史建鵬：

該論文運(yùn)用試驗(yàn)分析的方法，提出了車型定轉(zhuǎn)速車內(nèi)轟鳴聲主要影響因素，并通過傳遞路徑分析，提出使用動(dòng)態(tài)減震器改變長(zhǎng)半軸的模態(tài)，來減小振幅、錯(cuò)開共振點(diǎn)。Ⅲ檔全油門加速噪聲分析試驗(yàn)表明，在長(zhǎng)半軸上安裝動(dòng)態(tài)減振器后，車內(nèi)噪聲水平得到明顯改善。

Operating Analysis of Booming Noise of the Fixedrpm of Engine

LIU Shou-yin
（The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co.，Ltd.， Hefei 230022， China）

It was confirmed that interior noise of the fixedrpm of engine is caused by booming noise， based on theLiterature datum of existing study on the interior noise. We make sure transfer path of the booming noise by testing. And we make sure the fixedrpm of engine produce sympathetic vibration with major driveshaft in power train by hammering test and analyze the vibration response and transfer function. Then we suggest that changing the major driveshaft's modal by using dynamic damper so as to decrease amplitude and avoid the resonance point. It was indicated that theLevel of interior noise was improved clearly by the analysis of the noise under full throttle acceleration in the 3rd gear after we assemble the dynamic damper in major driveshaft.

booming noise； transfer path analysis； operating analysis； knocking method

U 467. 4+93

A

1005-2550（2015）02-0053-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.02.012

2014-07-23