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'^S/'J s/special purpose vehicle
某轻型客车加速中车内轰鸣声现象研究
Research on Accelerating Roar Phenomenon in A Light Coach
王晓宏林文干李浩亮李航
WANG Xiao-hong et al
东风汽车股份有限公司商品研发院武汉430057
摘要：针对某轻型客车加速过程中在1500r/min左右车内出现低频轰鸣声的问题，分
二阶激励通过变速箱悬置传递到车身，并且激励了车身顶盖，进而顶盖共振辐射出轰
鸣声而让司乘人员难受。通过在顶盖上增加阻尼减振材料解决了此问题，消除了轰鸣
声，车内噪声达到了主观评价和客观测试都可以接受的水平。
关键词：轻型客车轰鸣声共振阻尼
Abstract Aiming at the problem of low・frequency roaring in a coach at around1500 r/min during acceleration,the noise characteristics in the coach and the vibration isolation performance of the powertrain suspension were analyzed,and the simple sound intensity method was used to locate the roaring sound roughly from the roof of the coach.The cover is emitted,and the vibration characteristics and modal characteristics of the body cover are analyzed.It is clear that the roar is mainly transmitted to the body through the gearbox suspension through the second-order excitation of the engine,and the body cover is transmitted,and then the roof resonance radiates the roar sound is uncomfortable.This problem is solved by adding a damping material on the top cover,eliminating the roar,and the noise in the car reaches a level acceptable for subjective evaluation and objective testing.
Key words roar;resonance;damping
中图分类号:U469.ll文献标识码:A文章编号：1004-0226(2021)03007205第一作者：王晓宏，男，1987年 生，工程师，从事整车NVH试验分析工作。
1前言
在目前竞争激烈的汽车市场上，同档次车型在常规性能方面的综合“性价比”越来越接近较高水平。因此提高车辆的驾乘舒适性成为新的竞争焦点，而其中NVH（即Noies噪声、Vibrationg振动和Harshness声振粗糙度）占据主要地位。NVH不仅是影响车辆舒适性的重要因素，而且也是评价其质量品质的重要指标之一。涉及车辆的振动噪声问题已经成为汽车技术领域的一个研究热点［，］O 对于早期的车型，多数情况下来源于发动机的噪声（在车辆整体NVH品质中占据主导地位）,NVH控制的对象也较为明确和单一。近年来，随着发动机技术的突飞猛进，发动机的振动、噪声水平有较大幅度的降低，相应的车内外噪声也大幅度降低。由此导致车辆NVH控制问题的复杂程度剧增。
轰鸣声属于低频噪声，通常*20-200Hz范围内产生，普遍存在于汽车的怠速、匀速和加速过程中，发动机、传动系统、进排气系统、不平路面激励等因素都可能成为轰鸣声产生的源头叫轰鸣声能造成司乘人员的强烈不适感，且
在如此低的频段内，常规的吸音降噪措施几乎无效。
2问题现象描述
某款轻型客车行驶工况下发动机转速在1 500 r/min* 右时，车内出现明显的轰鸣声，使人感觉很不舒服。切换不 同的挡位，在1 500 r/min 时此轰鸣声依然存在。车辆静态工
况，原地踩油门，发动机转速达到1 500 r/min 时，轰鸣声同
样存在。所以推断，发动机1 500 r/min 出现的轰鸣声是由发
动机引起，基本排除路面和传动系统激励。
3振动响应测试和分析
针对以上现象，在车辆定置状态车辆缓加速工况下测
试车内主驾右耳噪声数据如图1所示。
75706560555045
(v m p ■
喺出<
800
1 000 1 200 1 400 500r/minoo
2 000 2 200 2 400
发动机转速,r/min
图1原始状态主驾右耳噪声曲线
从图1可以看到，发动机转速在1 500 r/min 左右时车内
噪声有增大现象，噪声上升不平顺，加速声品质不好，此时
主观感受车内有较强烈的低频轰鸣声。
图2是对车内加速噪声进行阶次切片分析，可以看到
70
6560
55504540
3530
25201510
800
1000 1200 1400 1 6000.00
1800 2 000
2 200 2400
发动机转速,r/min
图2原始状态主驾右耳噪声overall 曲线和阶次切片曲线
□ F — Overall level ±SSKS (A)□ F — Order 1.00 主 (A)□ F — Order 2.00 主驾右耳:S (A)□ F — Order 3.00 主驾右耳:S (A)□ F 0rd®r4.00 主驾右耳:S (A)
1500 r/min 左右的轰鸣声主要是由发动机2阶激励成分导
致，其次是4阶，对应的频率分别为50 Hz 和100 Hz 左右。图
3是原始状态主驾右耳噪声1/3倍频程图，可以看到50Hz 处
噪声幅值较大。
4问题分析
轰鸣声的产生有多重原因，可能是由空气声传播辐射 引起，主要包括：进气噪声、排气噪声、发动机本体噪声等；
也可能是由于振动导致，主要包括进气系统振动、排气系
统振动、悬置系统振动、车身饭金件振动等其他振动源；还
有可能是振动或噪声与车内声腔模态耦合导致轰鸣声，分
析见图4所示。
针对以上可能产生轰鸣声的部件，分别进行振动噪
声试验和声腔模态有限元仿真，从中发现进气噪声、排气
噪声和发动机本体噪声在1 500 r/min 时没有明显的噪声 突然增加，进气系统和排气系统的车身侧振动也没有发现
在1 500 r/min 时有明显的振动峰值，对车内声腔模态进行东风轻型车
有限元仿真分析，发现在50 Hz 左右也没有声腔模态存在。
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5动力总成悬置隔振性能分析
动力总成通过悬置与车身相连，动力总成的振动能否传递到车身进而传递到乘座室壁板，主要取决于悬置的隔振性能。评价一个由悬置和发动机组成的三维系统时，可通过考察悬置的隔振率、发动机刚体模态解耦程度等指标°」。此车型动力总成通过三个橡胶悬置与车身相连（发动机两个，变速箱一个）。
动力总成悬置通常由两个支架支撑，一个支架连接悬置和发动机，称为主动支架，另一个支架连接悬置和车身，称为被动支架。悬置隔振率是衡量主动边和被动边振动大小，其定义为：
T=\—aJa a
通常当隔振率大于90%时，认为悬置隔振效果比较好。图5是动力总成各个悬置Z向隔振率曲线，可以看到发动机两个悬置Z向隔振率均较好，基本达到了90%的设计目标，但是变速箱悬置Z向隔振率较差，尤其在1550r/min时隔振率低至60%，所以初步推断变速箱悬置Z向隔振较差是导致车内轰鸣声的根源。
6声强法噪声源识别
随着传感器技术和电子技术的发展，各种直接测量声强的仪器相继问世。由于声强测量具有方向性，受现场影响比较小，频谱分析对噪声源的研究有着独特的优越性，能够有效地解决许多现场声学测量问题，因此成为声学研究的一种有力工具。
声强是沿声音传播方向、单位面积通过的声功率，它不仅能反映噪声的大小，而且还表示噪声的辐射方向。声强测量正是利用声强的这一特征来分析、识别主要噪声源，而对来自非测量方向上的噪声干扰有较强的抗干扰能力叫
利用声强的上述特征，可以考察整个汽车对某一方向的噪声辐射场分布，并根据测得的噪声辐射场分布情况，识别出主要噪声源的位置，还可以根据声强和声压的频谱分析，对发声部件进行进一步探讨。
现代声强测量采用双传声器法，利用相距很近的两个传声器测得声场中某处相邻两点的声压，用两点声压的平均值代表该处声压，用两点声压之差与传声器间距之比代表该处的声压梯度在测量方向上的分量。
使用声强测试和分析系统可以简易快速地进行瞬态实时分析识别指定频率的噪声源，如图6所示。声强探头自左向右移动，假设噪声辐射方向由MicB到MicA时声强为正，那么由MicA到MicB时声强为负，声强探头移动到与噪声辐射垂直方向时声强为零。也就是在车内水平移动声强探头，当发现在某处出现目标频率的声强方向有反转，即由正变负或由负变正，那么可以断定此位置是目标频率的一个噪声源。
图6声驳洽嗓声源识别
基于以上理论，用声强探头对车内进行50Hz噪声源识别，发现50Hz噪声源在车身顶盖方向发出。结合以上分析推断车内1500r/min轰鸣声是由变速箱悬置振动传到车身顶盖，导致顶盖50Hz共振，从而辐射轰鸣声。
7车身顶盖振动分析和改进
因为判断车身顶盖在1500r/min产生频率为50Hz的共振，所以对车身顶盖进行锤击法传递函数试验和振动响
应试验，结果如图7和图8所示。
动辐射噪声。
■
2.00
N/
-1報国f fl0地。
■100.00
频率，Hz
S7车身顶盖传递函数试验结果
—
针对本车问题，在车身顶盖粘贴简易阻尼片来验证前
面的推断，阻尼片位置见图9。同时，把顶盖横梁和顶盖之 间的缝隙进行涂胶处理，保证横梁对顶盖有一定的支撑, 增加顶盖刚度。
O O O
一一
F F B □ □口迦 E f w «g
0.60.4
0.2
图9车身顶盖粘贴筒易阻尼片
S
40
(<)a -
黑出
M s
15501
20.00
8改进验证
对车身顶盖粘贴阻尼片和横梁与顶盖之间涂胶处理
后，再进行车内噪声试验，来验证轰鸣声改善效果（如图
10）。其中绿是原始状态主驾右耳噪声，蓝是改进后主
驾右耳噪声。可以看到，改进后在1 500 r/min 时主机右耳噪
声降低4 dB （A ），主观感受此时车内轰鸣声已经完全消失,
改善效果明显。
A
O
750
1 000
1200
1 500 1 700
2 000
2 200 2400
发动机转速,r/min
图8车身顶盖振动和主驾右耳噪声overall^比
图7是车身顶盖振动传递函数试验结果，图中红是
顶盖右端传递函数曲线，绿是顶盖左端传递函数曲线。
可以看到在50 Hz 有明显的共振峰值，图8是车身顶盖和主 驾右耳噪声overallM 比曲线，图中蓝是主驾右耳噪声曲
线，绿是顶盖右端上下方向振动响应曲线，红是顶盖 左端上下方向振动响应曲线。可以看到在1 550 r/min 时车 身顶盖上下方向振动和主驾右耳噪声同时出现峰值。进一
步证实，车内1 500 r/min 左右的轰鸣声是由车身顶盖发出。
通常为了消除车内乘客舱的低频振动辐射噪声，在车
身地板、后备箱、顶盖、前围等处附贴阻尼材料，以此减弱
车身飯金的低频振动和辐射噪声。附贴阻尼材料后的车身
镀金振动受到阻尼层的粘性影响后，其振动的频率和幅度
都会在很大程度上降低，同时饭金件的振动能量转换成阻
尼材料的热能，实现能量的转换，以此减弱车身的低频振
<)8
P
曲
出版
800 1 200 1 500 1 700 2 000 2 400
发动机转速/r/min
图10改善前后主鸳右耳嗥声对比曲钱
r~
9结语
a. 此车发动机转速在1 500 r/min 时车内出现明显轰鸣
声的主要原因是变速箱悬置隔振性能较差，导致发动机振
动由变速箱悬置传递到车身顶盖，并激励车身顶盖发声共 振，从而辐射出噪声，表现为车内的轰鸣声。
b. 此轰鸣声的源头归根结底是由变速箱悬置隔振差
（下转第79页）
册换算为w・h(即iw・h=3.6kJ)[5]，代入计算得出放热分别为29167W-h,5833W・h、2917W-h.1167W-ho
按照热平衡定律，当Q枚＞0时，外围结构有着较好的保温效果。对比表6消防车围护结构传热量0和容罐不同载液量的放热©枚，选择喷涂40mm厚聚氨酯硬泡，均能起到很好的保温效果，满足使用要求。
2.7成本分析
按照聚氨酯硬泡密度45kg/m‘,A、B料混合比例1:1, A、B料单价20元/kg，计算得出聚氨酯硬泡材料消耗定额及成本(见表7)。
表7楽氨酣硕泡材料消耗定額及成*
1器材箱28.4956.9785.4657011391709 2容罐34.9769.93104.969913992098 3泵房28.4956.9785.4657011391709
通过成本数据分析，喷涂不同厚度的聚氨酯硬泡，单台成本分别为1839元、3677元、5516元，每增加20mm厚度，成本增加约50%，在满足保温性能的同时，选择40 mm厚聚氨酯硬泡具有较高的性价比。
3结语
聚氨酯硬泡喷涂工艺，具有操作简便、发泡成型快，适合连续不间断作业，满足工厂化中、小批量生产需求；聚氨酯硬泡具有质量轻、强度高、附着力强、隔热保温性能好、防水和阻燃性能优异，在满足消防车一般工作和贮存环境要求的同时，亦能适应极寒地区的工作和贮存环境要求。
综上所述，聚氨酯硬质泡沫塑料喷涂保温技术在技术经济性上是可行的，在消防车行业，特别是军选民用消防车上应用前景广阔。
参考文itt
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收稿日期：2020-08-22
(上接第75页)
导致，车身顶盖加阻尼处理只是在传递路径上对低频振动进行控制，后期需要重点对变速箱悬置进行问题解析和改进。
C.车内轰鸣声的产生机理有许多，其中车身大飯金的低频共振辐射出的轰鸣声需要引起设计师的注意。
参考文献
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收稿日期：2020-10-14
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