某型车车内噪声问题的试验研究

2017-11-08ZhangLiang

北京汽车 2017年5期

张良 Zhang Liang

某型车车内噪声问题的试验研究

张良 Zhang Liang

（天津航天瑞莱科技有限公司成都试验与检测中心，四川成都 610031）

介绍车内噪声源识别的主要方法，针对国内某型车在研发过程中的车内噪声问题展开研究，试验分析与主观评价相结合，综合运用主观评价、频谱分析和运转消去法，确定涡轮增压器冷却水泵电机振动是车内噪声问题的噪声源。分析引起车内噪声问题的原因，提出对涡轮增压器冷却水泵电机振动隔离采用二级隔振的改进方案，并且通过试验和主观评价验证改进方案的有效性。

车内噪声；噪声源；二级隔振

近年来，NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动、声振粗糙度）性能已逐渐成为评价汽车舒适性的一项重要指标。噪声问题作为NVH研究的重要组成部分，越来越受到人们的重视，其中车内噪声问题最为关注，已严重影响车内乘员的乘坐舒适性。如何有效地控制车内噪声，已成为汽车行业的重要研究课题。控制车内噪声，首先需要搞清楚主要噪声源，即声源识别及声源特性分析，然后有目的地对车内噪声进行治理[1]。

1 噪声源识别方法

车内噪声是指车厢外汽车各部分噪声通过各种途径传入车内的噪声和汽车各部分振动传递到车身激发车身各部件结构振动向车内辐射的噪声，这些噪声声波在车内空间声学特性的制约下，生成较为复杂的混响声场，从而形成车内噪声。引起车内噪声的因素很多，主要有发动机振动噪声、进排气振动噪声、传动系振动噪声、轮胎振动噪声、空气噪声和电器振动噪声等[2]。

对噪声源的正确识别，是车内噪声控制的基础，决定噪声控制努力的方向[3]。国际上对噪声源识别方法的研究随着科学技术的发展不断深入。目前噪声源识别方法主要有主观评价法、近场测量法、选择运行法、铅覆盖法、表面振动速度（加速度）法、信号分析法、声强分析法、声全息法。每种噪声源识别方法都有其自身特点、适用范围及存在问题[1]。在对噪声源进行识别的过程中，需要根据存在的具体噪声问题，合理选择某一种噪声源识别方法或结合多种噪声源识别方法，对噪声源准确识别。

2 车内噪声问题描述及分析

2.1 车内噪声问题描述

国内某型车在研发过程中出现较为严重的车内噪声问题，影响到车内乘员的乘坐舒适性。该车启动热机怠速一段时间后，出现持续吱吱声，从主观上人在车内能明显感受到，且在怠速工况时感受最为明显；而在冷机怠速时，人在车内却感受不到吱吱声。

车内出现的吱吱声已严重地影响到车内乘员的乘坐舒适性，车内噪声问题必须得到有效解决。

2.2 车内噪声特性分析

为摸清车内噪声产生的根源，采集车内噪声，对其特性进行分析研究。选取吱吱声最为明显的怠速工况作为分析研究的试验工况，利用LMS数据采集前端和LMS test.Lab数据分析软件对车内噪声进行数据采集、处理和分析。

分别测试该车在冷机怠速（正常工况）和热机怠速（问题工况）时的车内噪声（驾驶员右耳处）。并将测试得到的车内噪声数据进行频谱分析，如图1所示。

注：横坐标为时域值变换处理的结果，以下各图相同。

图1中实线为冷机怠速，虚线为热机怠速。对比总声压级，冷机怠速车内噪声为42.46 dB(A),热机怠速车内噪声为45.20 dB(A)；对比噪声频谱，热机怠速时，车内噪声在390 Hz附近出现一个很大的噪声峰值，而冷机怠速时该频率附近不存在噪声峰值。同时考虑到冷机怠速时为正常工况，不存在车内噪声问题，可确定热机怠速时出现的车内噪声问题是由频率在390 Hz附近的噪声产生。

3 噪声源识别

3.1 噪声源分析

通过车内噪声的噪声特性分析研究和人的主观评价可知,该车存在的车内噪声问题具有以下几个特点：

1）产生车内噪声的频率在390 Hz附近；

2）冷机怠速时，未出现车内噪声问题，为正常工况，而热机怠速时，出现车内噪声问题，为问题工况；

3）热机怠速时，通过车内、外的主观评价，车内可以明显感受到吱吱声，而车外或发动机舱却感受不到吱吱声。

根据车内噪声具有的以上几个特点，分析得出以下推论：

1）车内吱吱声应属于结构传播引起的噪声。因为热机怠速时发动机舱的噪声非常大，而主观上在发动机舱没有感受到吱吱声，同时，经过整个车体隔声后，在车内只能听见非常细微的发动机噪声，相反吱吱声在车内却非常明显；

2）车内吱吱声可能是由汽车运行时与温度有联系的部件引起。因为冷机怠速时，车内没有出现噪声，但当汽车热机怠速一段时间后，温度升高，出现车内噪声，所以有可能是汽车温度达到某个临界值时，汽车上的某个设备启动，引起车内噪声。

3.2 噪声源诊断

根据以上分析，该车热机怠速时，通过振动加速度传感器对汽车上主要的振动噪声源表面进行振动测试。测试发现涡轮增压器冷却水泵电机的振动频谱峰值出现在390Hz附近，车内噪声和涡轮增压器冷却水泵电机振动频谱对比如图2所示。

图2 车内噪声和水泵电机振动频谱对比

由图2可知，涡轮增压器冷却水泵电机振动频谱上的振动峰值与车内390 Hz附近出现的噪声峰值在频率上完全吻合，可以初步判定车内噪声是由涡轮增压器冷却水泵电机振动引起。

为进一步确定涡轮增压器冷却水泵电机是否为车内噪声的噪声源，采取运转消去法，拆除涡轮增压器冷却水泵电机与车身的连接螺栓，如图3所示，使其断开与车身的连接。

断开连接时，在相同的测点位置、工况和测试方法下，对车内噪声进行测试，得到车内噪声频谱与原状态车内噪声频谱对比如图4所示，图中实线为断开连接前，虚线为断开连接后。

图3 断开水泵电机与车身连接

由图4可知，断开连接后，与涡轮增压器冷却水泵电机处于连接状态的噪声频谱相比，390 Hz附近的噪声峰值消失了，同时车内噪声声压级降到42.25 dB(A)，与没有车内噪声问题时的水平相当。同时对车内噪声进行主观评价，感受不到吱吱声，可以确定在热机怠速下出现的车内噪声的噪声源为涡轮增压器冷却水泵电机。

图4 断开水泵电机与车身连接前、后车内噪声频谱对比

4 改进方案及验证

4.1 改进方案

对涡轮增压器冷却水泵结构进行研究发现，涡轮增压器冷却水泵电机通过螺栓连接安装到车身上，在车身与涡轮增压器冷却水泵电机之间装有橡胶垫，如图3所示对涡轮增压器冷却水泵电机振动的隔离为单级隔振。从实际结果来看，采用单级隔振效果并不理想，未能有效隔绝涡轮增压器冷却水泵电机的振动传递，导致涡轮增压器冷却水泵电机工作时的振动传递到车身，激发车身各个部分结构振动向车内辐射噪声，从而引起车内噪声问题。所以对涡轮增压器冷却水泵电机振动进行有效隔离是消除车内噪声问题的关键。

对于单级隔振系统，只有选择合适的结构参数保证激励频率大于隔振频率2倍以上才能起到隔振效果，在隔振系统中插入一个弹簧质量元件，成为一个二级隔振系统。大量研究表明，单隔振装置只适用于低频区域（<50 Hz）的隔振问题，对于100 Hz以上高频区域隔振效果并不理想，而且隔振频段也比较窄。相对于单级隔振系统，二级隔振系统具有高隔断系数和宽频带特性，能够彻底切断振动传播路径[4-5]。

涡轮增压器冷却水泵电机工作时的振动频率在390 Hz附近，为高频振动。采用二级隔振方法对涡轮增压器冷却水泵电机进行振动隔离，具体隔振方案如下：

1）保留原有的单级隔振系统不变；

2）在车身与涡轮增压器冷却水泵电机之间插入一个弹簧质量元件，如图5所示，与原隔振结构结合构成二级隔振系统。