（载运工具运用工程专业论文）客车车外加速噪声控制研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 汽车噪声已成为城市交通噪声的主要构成部分，它严重污染着城 市环境，影响人们的工作和生活。 本文在对汽车加速行驶车外噪声法规的国内外对比及国内噪声限 值的发展分析基础上，针对m d 6 6 0 8 a 2 d e 轻型客车的噪声现状，通过 试验研究识别主要噪声源，并采取了针对性的控制策略和措施。为降 低排气噪声，对原车装配的消声器进行了改进设计和数值仿真，试验 结果表明消声性能提高了5 2 d b 。采用带渐开型硅油离合器的电动风 扇，降低了风扇噪声、减少风扇能耗，提高了经济性，还减少了发动 机的磨损。利用隔振、吸声原理，通过合理布置吸声材料降低了发动 机舱的辐射噪声。 经车外加速行驶噪声试验，车外噪声由原来的8 9 8 d b ( a ) 降至 7 8 8 c m ( a ) ，达到国家法规限值要求。本文为其它车型降噪也提供参考 和思路。 关键词：轻型客车，噪声控制，消声器，加速行驶车外噪声， 整车降噪 江苏大学硕士学位论文 n o i s ee m i t t e db ya u t o m o b i l e sw h i c hh a sb e c o m et h em a j o re l e m e n to f u r b a nt r a f f i ca c o u s t i c a ln o i s es e v e r e l yp o l l u t e st h eu r b a ne n v i r o n m e n ta n d i m p a c tt h eh u m a nb e i n g sw o r ka n dl i f e w ei d e n t i f y p r i n c i p a l n o i s es o u r c eb yt r i a lr e s e a r c ha n da d o p t n o i s e - t a r g e tc o n t r o l l i n gs t r a t e g i e sa n dm e a s u r e sw i t hr e g a r dt ot h ec u r r e n t c o n d i t i o no ft h ea c o u s t i c a ln o i s ec o m i n gf r o mm d 6 6 0 8 a 2 d el i g h tb u s b a s e do nt h ec o m p a r i s o no ft h el e ：西s l a t i o u sf o rn o i s ea th o m ea n da b r o a d a n dt h ea n a l y s i so ft h ed e v e l o p m e n to ft h el i m i t e dv a l u eo fa c o u s t i c a ln o i s e a th o m e i no r d e rt ol o w e re x h a u s tn o i s e ，n u m e r i c a lv a l u es i m u l a t i o na n d i m p r o v e dd e s i g ni sa p p l i e do nt h eo r i g i n a la c o u s t i cm u f f l e ro ft h eb u s ， l e a d i n gt ot h en o i s ea b a t e m e n te f f i c i e n c yi m p r o v e m e n tb y5 2 d a ( a ) t h e a c o u s t i c a ln o i s ea n d e n e r g yc o n s u m p t i o n i sr e d u c e d b ya d o p t i n g e l e c t r i c a l d r i v i n gc o o l i n gf a nw i t hs i l i c o n eo i lc l u t c h , l e a d i n gt oh i g h e r e c o n o m ye f f i c i e n c y a n dl e s sa b r a s i o no ft h em o t o nw el o w e rt h e a c t i n o a c o u s t i c a ln o i s eb yr e a s o n a b l ea r r a n g e m e n to fs o u n d i n ga b s o r b i n g m a t e r i a l su s i n ga c o u s t i ca b s o r p t i o ni n s u l a t i o ns o u n dt h e o r y t h er e s u l to ft h e a c c e l e r a t i n g d r i v et e s ts h o wt h a tt h ee x t e r i o r a c o u s t i c a ln o i s eo ft h eb u si sr e d u c e df r o m8 9 8 d b ( a ) t o7 8 8 d b ( a ) ，w h i c h i sq u a l i f i e dt ot h en a t i o n a lr e g u l a t i o n s o u rr e s e a r c hp r e s e n t sr e f e r e n c e sa n d i l l u m i n a t e sn o i s er e d u c t i o no fo t h e rv e h i c l e s k e yw o r d s ：b u s ，n o i s ec o n t r o l ，m u f f l e r , n o i s ee m i t t e db ya c c e l e r a t i o n m o t o rv e h i c l e s ，b u sn o i s er e d u c i n g 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的伞部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： j 司年蜩l 上日 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密 涟岳指导教师签名：多渤 0 一碑“月垃日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：潘西 f 期：d 碎口6 月伙h 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 随着汽车工业的飞速发展，目前我国汽车保有量已超过2 8 0 0 万辆，交通流量 急剧上升，交通噪声对城市环境的污染越来越严重，影响着人们的工作和身心健 康。1 9 9 5 年监测的城市中有2 3 的道路交通噪声超过国标限值【1 1 ，交通干线道路两 侧区域噪声超标的城市达7 1 4 ；2 0 0 3 年据国家环保总局报告翻，在统计的4 0 1 个 城市道路交通噪声中，3 2 城市属重度污染：5 2 属中度污染；1 2 5 属轻度污 染；3 5 2 城市交通声环境质量较好；4 3 9 城市声环境质量好。可见经过多年治 理，我国城市道路交通噪声得到了很大改善，但仍有2 0 9 的城市道路交通噪声超 标。而机动车辆辐射的噪声，约占整个环境噪声能量的7 5 1 3 1 ，是城市环境中最主 要的噪声源，降低机动车辆噪声是减小城市环境噪声污染的根本途径。 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 噪声的危害1 噪声污染不像有毒的空气和水那样明显，它是一种慢性危害因素，是一种影 响面广远的环境污染。噪声对人的危害归纳起来主要有以下几个方面： 1 1 影响工作，降低生产效率。人们在吵闹的环境下工作，噪音干扰思考，使 人精力分散，反应迟缓，加速疲劳，降低工作效率并容易出现差错。 劲对人体生理的影响。噪声是一种恶性刺激物，长期作用于中枢神经系统， 会引起耳聋、心跳过速、神经衰弱、冠心病、高血压、记忆力减退、注意力不集 中等症状。根据国外统计，在不同噪声环境下长期工作，噪声性耳聋的发病率见 表1 1 。 表1 1 工作4 0 年后噪声性耳聋发病率 t a b l e1 ii n c i d e n c er a t eo fn o i s ei n d u c e dd e a f n e s sa f t e rw o r k sf o r4 0y e a r s 噪卢级( d b ( a ) )国际统计i s o ( )荚国统计( ) 8 00o 8 51 08 9 02 11 8 9 52 92 8 1 0 04 14 0 江苏大学硕士学位论文 3 1 对人的心理影响。噪声对人心理影响主要是使人烦恼激动、易怒，甚至失 去理智。同时噪声还具有隐蔽效应，使人们往往不易觉察到危险信号，从而造成 伤亡事故。 钔噪声还影响语言的清晰度和交谈社交。不同噪声对交流的干扰见表1 2 。 表1 2 噪声对谈话通话干扰的程度 t a b i e1 2n o i s ee f f e c t so nc o n v e r s a t i o na n dc o f l l l l l u n i c r t e a 卢级( 能进行止常交谈的最大距离( m ) 电话通话质最 4 51 0 很好 5 53 5 好 6 51 2 较困难 7 5 o 3 困难 8 5 o 1 不可能 伴随物质生活的极大提高，人们对于生存环境，生活质量的要求也越来越高。 同时由于经济生活节奏的加快，汽车已经成为人们的主要代步工具，每天有越来 越多的时间待在车上，汽车噪声直接危害乘员的身心健康，破坏乘坐舒适性，严 重影响行驶安全性，增加交通事故的发生率，而且还会对汽车驶过区域的环境造 成严重的污染，影响人们的正常生活、学习和生活。就汽车销售而占，国内外也 曾发生过因为噪声问题而影响某款车型销售的情况。因此，控制和降低汽车噪声， 减小其对环境的污染是非常重要的，也是时代进步的必然趋势。 1 1 2 汽车噪声控制法规2 1 2 0 世纪6 0 年代，各汽车主要生产国相继制定汽车噪声法规及其测量方法，如 新车型达不到规定标准将不许销售。从2 0 世纪6 0 年代开始，联合国欧洲经济委 员会皿c e ) 、欧洲经济共同体( e e c ，后改为欧盟e u ) 、美国、日本等发达国家和地 区每隔3 5 年都要修订汽车噪声法规或标准，大幅降低汽车噪声排放标准限值。 目前欧、美、日等因轻型客车的噪声限值( 见表1 3 ) 已从6 0 年代的9 0 a b ( a ) 降到 了7 8 d b ( a ) 。 由于汽车加速行驶车外噪声反映汽车行驶时的最大噪声，因此被许多国家列 为汽车车型试验的项目。我国在1 9 7 9 年7 月1 日首次实施国家标准g b l 4 9 5 7 9 机 动车辆允许噪声，同时实施了g b l 4 9 6 - 7 9 机动车辆噪声测鼍方法。但直到1 9 9 8 年底才着手对g b l 4 9 6 - 7 9 进行修改，到2 0 0 2 年才正式颁布g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽车加 2 江苏大学硕士学位论文 速行驶车外噪声限值及测量方法，这使得我国的汽车噪声限值与欧洲、r 本等国 相比较落后了2 0 多年。为强化该标准的实施，国家认证认可监督管理委员会在机 动车辆强制性认证实施规则( 汽车产品) 1 1 0 1 中将车外加速噪声作为4 7 项强检指 标之一。新标准是参考欧洲经济委员会法规e c er 5 i 0 2 关于在噪声方法汽车( 至 少有4 个车轮) 型式认证的同一规定( 1 9 9 7 ) 的附件3 和国际标准i s 0 3 6 2 ：1 9 9 8 声学道路车辆加速行驶噪声测量方法一工程法中相应技术内容。噪声限值 根据我国汽车产品实际情况制定，并分两个阶段制定限值标准2 0 0 2 年1 0 月1 日至2 0 0 4 年1 2 月3 0 日期间生产的汽车和2 0 0 5 年以后生产的汽车，其限值标准 及与e c e 标准比较见表1 3 。以本文所研究的轻型客车即m 2 ( 3 5 t g v m 5 t ，p 1 5 0 k w ) 类汽车为例，从表中可以看出其第二阶段噪声限值为8 0 d b ( a ) ，与e c e 1 1 5 i 0 1 ( 1 9 8 8 年实施) 噪声限值相同，我国相较落后了1 7 年。 表1 3e c e1 1 5 i 0 1 ，r 5 i 0 2 、g b l 4 9 5 7 9 、g b l 4 9 5 0 2 机动车辆的噪声限值单位：d b ( ) t a b l e1 3l i m i t sf o rn o is ee m i t t e db ym o t o rv e h i c l e so fe c er 5 i 0 1 、r 5 i 0 2 、g b l 4 9 5 7 9 、 g b l 4 9 5 0 2u n it ：d b ( ) 法规号 g b l 4 9 5 - 7 9 e c ee c e 机动车辆允许噪声 g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽车加 汽车分类 1 1 5 1 i 0 1 1 5 i 0 2 1 9 8 5 1 1 以 速行驶车外加速噪卢 1 9 8 5 1 1 起限值及测量方法 刖 1 9 8 8 1 9 9 5 2 0 0 2 1 0 1 新车氆式认证：实施日期 2 0 0 5 1 1 1 0 11 0 12 0 0 4 1 2 1 9 7 9 7 1 试行 以后生产 1 9 8 8 1 9 9 6 3 0 期间生 新生产车：实施日期的汽车 1 0 11 0 1 产的汽车 m l ：( 乘员数 9 ) 7 77 4 8 4 8 27 77 4 m 2 ( 乘员数 9 ) ： 8 8 ( 4 t ) 8 3 ( 4 0 ( g v m 3 5 t ) ， 或n 1 ：( g v m 一 3 5 t ) ： 7 87 6 8 98 4 7 87 6 g v m 2 t 7 97 77 97 7 2 t 9 ) ： d 5 t g v m 一 9 ) ： 4 t g v m l l t4 t g v m 5 t ： 舳7 8 8 0 p 1 5 0 k w 8 2 8 3 7 7 8 3 p 1 5 0 k w 8 5 n 2 ：( 3 5 t g v m 1 2 0 ： 3 5 t g v m 83 5 t g v m 8 t 8 1 7 7 t8 9 8 3 8 1 p 7 5 k w 8 37 89 28 t g v m ( 1 5 t黼8 3 7 5 p 1 5 0 k w 8 48 08 t ( g v m 1 4 0 k w ，p g v m 之比大于7 5 k w t ，并且用第二 档测试时其尾端出线的速度大于6 1 k m h ，则其限值增加i d a ( a ) 。 4 乘员数包括驾驶员座位的座位数。 1 2 国内外噪声研究现状“8 1 传统噪卢控制技术主要以研究噪声的声学控制方法为主，主要技术措施有吸 声降噪、隔声降噪、消声降噪、减振降噪、阻尼降噪，等等。这些噪声控制方法 主要从噪声的声学控制出发，利用声波与声学材料或声学结构的相互作用消耗声 能，达到降低噪声的目的。2 0 世纪7 0 年代后期，声波干涉机理在空间消声方面取 得了一些重要成果，如：j m c 理论，“本征方式相干理论”和“声场重现理论”， 使人们可以直接从声场与能量控制的角度去研究噪声控制问题，产生了阻抗控制 消声机理，就是根据管道内声场的变化，实时地主动调节管道有源消声系统中的 次级声源辐射声阻抗，或者调节声学传播通道的某个环节的阻抗特性来达到降噪 目的的消卢方法。 通过对阻抗控制消声机理的研究，加深了人们对噪声控制技术的理解和认识， j b r o b e r 等人将噪声控制划分为被动消声( p a s s i v es y s t e m s ) 、主动有源消；占( a c t i v e 4 江苏大学硕士学位论文 s y s t e m s ) 、主动与被动混合消声( a c t i v e p a s s i v eh y b r i d s ) 和自适应被动有源消声 ( a d a p t i v e - p a s s i v es y s t e m s ) l 图大类。传统的隔声、吸声或抗性无源消声方法叫被动消 声，通常通过提高加工精度或工艺水平来减小机械振动辐射噪声，或是对结构进 行改型，避免结构振动固有频率与激振频率发生共振达到减振降噪，等等。采用 声波干涉机理的有源控制消声方法叫主动有源消声。早在1 9 3 3 年德国物理学家p a u l l e u g 就申请并被受理了“消除声音振荡的过程”的专利，在这项专利中，l c u g 利 用了声波干涉原理来消除噪声，这项专利被认为是有源噪声控制发展的起点。最 近几十年在计算机和数字信号处理d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) 技术以及控制理 论的进步下，取得了较快的进展，已经有成熟的有源消声产品面市。但由于有源 消声理论的复杂性，及系统对实时性的较高要求，使得其适用范围受到限制。国 内汽车噪声控制领域，有源噪声控制目i ； 还限于试验内原理上的研究未见实际应 用产品。比较而言，被动消声技术的原理已经比较成熟，实施起来相对有源消声 技术也较容易些，成本较低是首选降噪方法。 一切噪声都源于振动，振动会引起某些部件的早期疲劳损坏，降低汽车使用 寿命；过高的噪声不仅损害驾驶员的听力，还会使驾驶员迅速疲劳，从而极大的 威胁行驶安全性。因此噪声与振动控制一直是工程技术界的研究热点，汽车振动 中噪声( n o i s e ) ，振动( v i b m d o n ) 和声振粗糙度( h a r s h n e s s ) ，同时出现且密不可分， 因此常把它们放在一起研究统称为汽车的n v h 问题，也叫“舒适感”。 2 0 世纪9 0 年代以来，丰f l q ( t o y o t a ) 、通用( g 9 、福特( f o r d ) 、克莱勒( c h r y s l e r ) 等大型汽车公司的工程研究中心均专门设立了n v h 部门，集中处理汽车的n v h 问 题，他们从设计阶段就开始统筹考虑噪声控制问题。汽车噪声的试验研究方法趋 向于声压法、声强法和振动测量法的综合应用，并更多地借助声强法和模态测量 法、能量流或功率流测量法来研究机械结构系统的噪声形成、传播规律，并逐步 引入数值解析方法进行汽车结构噪声辐射的理论分析和改进设计。控制方法向结 构动态特性改进，声源直接控制和传统手段相结合的方向发展。汽车噪声的有源 控制也得到日益广泛的研究，如电子消声器已装车应用，其消声效果较传统消声 器更好。 国内与发达国家在噪声控制研究领域还存在较大的差距。以前较多的工作都 是进行个别零部件的降噪工作，汽车车外加速噪声构成还是以发动机噪声、排气 5 江苏大学硕士学位论丈 噪声为主，噪声控制主要还是依靠传统技术手段。近十几年，随着我国对汽车噪 声问题的重视，许多新的试验研究手段和技术被引入，采用一些数值解析方法来 分析汽车噪声，如模态试验法、矢量合成分析法等试验技术。还有应用有限元法 ( f e m ) 、边界元法( b e m ) 等数值解析手段进行结构声学特性分析和结构一声耦合场分 析，这些对于国内噪声控制水平的提高无疑有重要作用，但相对国外先进水平还 落后1 5 2 0 年，我们需要奋起直追。 1 3 本课题研究内容 本文以牡丹m d 6 6 0 8 a 2 d e 轻型客车作为研究的工程实例，目的是通过对其噪 声源的识别，确定主要噪声源，并针对主要噪声源采取相应的改进降噪措施，以 期使得车外加速噪声达到g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 第二阶段8 0 d b ( a ) 的限值要求。同时与企业的合作还可以提高生产企业的噪声控制 研究水平，并将研究与生产实践联系起来，促进技术的产品化。 本文的主要研究工作和内容包括： 研究的首要任务就是汽车主要噪声源的识别，首先系统研究了现代声源识别 方法中经常采用的汽车噪声评价的声压级法、表面声源识别的声强测量法，频谱 分析法，总声级普查法。对m d 6 6 0 8 a 2 d e 进行车外加速噪声系统性的研究，通过 声源识别，确定该车型主要噪声源为发动机排气噪声，冷却风扇噪声，油底壳振 动辐射噪声。 在保证不影响汽车各部件性能和功能的i ；i 提，以及充分考虑经济性原则下，参 考所要改进部件国内外目前的噪声状况，提出改进部件可行的降噪量及相应的改 进措施。 在试验测试结果基础上进行分析、研究经济可行的降噪改进措旋，最后按 g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法进行车外加速噪声试验， 验证改进降噪效果。 6 江苏大学硕士学位论文 第二章轻型客车的噪声源识别 汽车噪声是各种噪声源复合作用的结果，噪声控制的关键是噪声源识别。为 了有效控制汽车噪声，确定研究控制方向，节省人力及物力，首先必须识别、确 定各主要声源，及其辐射噪声特性，从而根据不同声源采取相应控制措施，以期 得到理想的降噪效果。 2 1 噪声源识别方法 识别噪声源就是通过一些手段技术来鉴别测量汽车各部分辐射噪声能量的大 小，按噪声的大小顺序排列，从而确定主要噪声源。并进一步查找噪声产生的机 理及其根本原因，以采取有效措施进行降噪处理。其中控制声源噪声的方法也是 噪声控制中最根本的措施。 目前，噪声源识别己形成了一门专门技术，是一个非常活跃的研究领域，已 有许多方法可以使用。常用方法主要有以下几种 6 1 1 7 1 2 2 - 2 9 ： 1 ) 主观评价法 利用人的听觉可以比最复杂的噪声测量系统更精确的区分不同声音的能力， 对车辆定置时发动机不同转速下车辆各系统的噪声进行识别，经验丰富的人可以 凭主观感受判断出噪声声源的位置及大致频率范围，为以后精确查找噪声声源的 工作确定方向，同时可以节约试验成本，因此这种方法在实际中有非常重要的作 用。但是主观评价法也有很强的主观影响因素，并且无法对噪声源进行定量的评 价、分析。 2 ) 近场测量法 当距离某个声源较近时，测得的主要是靠近的噪声源的声辐射，而其它噪声 源对测垦值没有影响或影响很小。若将传声器在距机械表面恒定距离，并沿着表 面上各点依次进行近场测量，可以找出辐射面上最大的声辐射区及其量值，从而 可以判断主要声源的位置。但是这种方法也有其局限性，主要是某一点的声场总 会受到附近其它声源的辐射影响，而且在混响严重的场所也无法使用此方法。 7 江苏大学硕士学位论文 3 ) 分别运行法 又称消去法。首先把附带全部装备的试验对象，在一定运转工况下，测得总 的辐射噪声，然后去除其中一部分装备、部件或是控制其噪声的传播，再在同一 工况下测量试验对象的辐射噪声，通过两次试验的声压级变化值计算得出其对整 车噪声贡献。 设两噪声源的声压级分别为上饥和：，根据声压级的定义有： k - 2 0 1 9 p , 晶( 2 - 1 ) l p 2 - 2 0 1 9 p 2 | ( 2 - 2 ) 式中，日为声源1 的声压，最为声源2 的声压，p o 为基准声压昂一2 x l o 。n m 2 。 当测锝两声源合成的总声压级上跆及。时，通过声能叠加原理即可求得另一 声源的噪声声压级4 ： = l o l g ( 1 0 0 一1 0 “) ( 2 3 ) 4 ) 频谱分析法 噪声频谱分析是声源识别的基本方法之一，也是最重要的方法。其基本方法 就是在频域内分析信号的频率结构。频谱图以频率为横坐标，以声压级、声强级、 声功率级为纵坐标。 频谱分析的基础是傅立叶积分，对一非周期信号x ( ，) 视其周期为无穷大，并 满足一定条件，那么此信号的频谱x ( ) 可由傅立时变换计算： x ( ，) 一c x o f i z # d t ( 2 - 4 ) 傅立叶谱x ( 厂) 一般是一个复数，它可以用复数极坐标符号表示成： x ( f ) = l x ( f ) l e 一叫7 ( 2 5 ) 式中，防( ，) i 是x ( 厂) 的模；口( 厂) 足它的相位a 汽车或发动机各组成声源的噪声形成机理不同，使每个声源的噪声特点有相 当差别，能星分布的频谱范围，中、高、低各不相同。如果了解各组成声源噪声 频谱的特点，则从整车或发动机的总噪声谱可以分析出各组成部分的贡献，从而 找出主要声源。 5 ) 信号分析法 r 江苏大学硕士学位论文 在整车和各总成部件的噪声测量中，采集的信号可进一步的分析得到更多的 有用信息。近2 0 多年来，信号分析技术迅速发展，在理论和仪器装备上都得到长 足进展。通过使用倒频谱法、相干函数法、常( 偏) 相干分析法、数字滤波和小 波分析等方法，从而确定噪声信号的频率结构、各信号间的相互关系，达到识别 噪声源的目的。 2 2 汽车噪声源的组成 汽车噪声源大致可分为发动机噪声和底盘噪声两部分“1 ，主要与发动机转速和 汽车车速有关。从结构上可分为发动机( 即燃烧噪声) ，底盘噪声( 即传动系噪声、 各部件的连接配合引起的噪声) ，电器设备噪声( 冷却风扇噪声、汽车发电机噪声) ， 车身空气动力噪声( 如车身结构、造型及附件的安装不合理引起的空气动力噪声) 。 其中发动机噪声是汽车噪声源的主要部分，主要包括进、排气噪声( 进、排气时 和风扇旋转时引起空气的振动而产生的噪声) 和结构噪声( 主要是发动机结构受到燃 烧激振力和机械激振力的作用，产生表面振动而形成的噪声，以及配气轴的转动，进、 排气门开关等引起的噪声) 。在发动机的噪声源中，排气噪声约占总噪声的3 0 ，是 发动机的最大噪声源，往往比其它整机噪声高出1 0 1 5 旧陶。因此降低排气消声器、 冷却系统的风扇噪声以及发动机的辐射噪声成为汽车噪声控制的关键。 2 3m d 6 6 0 8 a 2 d e 噪声声源识别 2 3 1 试验方案设计 首先对m d 6 6 0 8 a 2 d e 客车进行了车外加速噪声的测试，试验按照 g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽车加速行驶车外噪声限制及测量方法【4 】进行。 试验仪器及设备主要有：b & k 2 2 3 0 和红声n d 2 声级计；s d 3 8 0 分析仪； g b 5 7 1 转速表等。 试验地点为张家港乐余镇乐红路，气温2 0 c ，风速4 m s ，试验道路为平直干 燥沥青路面，背景噪声为5 5 6 0 d b ( a ) 低于被测客车噪声2 0 d b 以上，以上条件均 满足g b l 4 9 5 2 0 0 2 中对环境道路的要求。传声器测点参照g b l 4 9 5 2 0 0 2 布置，如 图2 1 所示。 9 江苏大学硕士学位论文 、 ，o 传一鼍( h = 1 2 。， ， 图2 1测试场地和测量区及传声器的布置 f i g 2 1t e s tf i e i d s u r v e ya r e aa n dm i c r o p h o n e sa r r a n g e m e n t 2 3 2 车外加速噪声现状及分析 对于m 2 类汽车，当有x 个前进挡，噪声测试挡位应该用等于或大于x n 的 各挡分别进行测量，发动机的额定功率小于2 2 5k w ，取n = 2 ；大于2 2 5k w ，取 n = 3 。如x n 不是整数，则应选择较高整数对应的挡位1 4 1 。m d 6 6 0 8 a 2 d e 轻型客车 装有五档变速箱，发动机额定功率为7 0 k w ，则应从第3 挡开始进行测量。 测试时发动机以3 4 额定转速即2 4 0 0 转，分对应的速度接近a a 线，通过 b b 线时发动机的转速为3 0 0 0 转分在额定转速之内，按国标只需在该挡位下进行 加速噪声测试。因此取第三挡的中间结果作为该车型的最大噪声级，即两侧平均 值中较大的值。车外加速噪声测鼍结果如表2 1 。 表2 1 车外加速噪声测量结果 t a b l e2 1t e s tr e s u l t so f n o is ee m i t t e db ya c c e t e r a t i n gm o t o rv e h l e l e 发动机转速( 咖吣 测试结果 各侧平均值中例结果最大卢压级 档位次 入线出线 ( d b ( a ) )( d b ( a ) )( d b ( a ) )( d b ( a ) ) 位置数2 4 0 03 咖9 0 o 左 22 4 0 0 3 0 0 0 8 9 6 8 9 8 侧 3 2 4 ( 耵 3 0 0 0 8 9 8 42 4 0 0 3 0 0 0 8 9 6 38 9 8 8 9 8 l2 加0 3 0 0 0 8 8 8 右 22 4 0 0 3 0 0 0 8 8 6 8 8 7 侧32 4 0 0 3 0 0 0 8 8 8 42 4 0 0 3 咖 8 8 7 1 0 江苏大学硕士学位论文 从表2 1 测试结果可以看出该型客车车外加速噪声超过国标限值9 s d b ，左侧 噪声比右侧噪声大1 1 d b ，这主要是由于该型客车的排气消声器布置在车身偏左的 原因，因此消声器排气噪卢的控制将直接降低整车加速噪声评价值。 车外加速噪声测量过程中综合采用主观评价法、频谱分析法、分别运行法等， 识别该型客车的主要噪声源为排气噪声、冷却系的风扇噪声以及发动机油底壳的 辐射噪声。 汽车发动机噪声、排气噪声、风扇噪声、轮胎噪声和传动系噪声影响车外加 速噪声，采用近场测量法分别测量这些声源的声压级，并将声源作为点声源来处 理，则各噪声源到达传声器测点的声压级如表2 2 ： 表2 2m d 6 6 0 8 a 2 d e 车外加速噪声计算值单位：d b ( ) t a b l e2 2c 8 t e u l a t er e s u l t so fn o i s ee m i t t e db ya c c e t e r a t i n gm d 6 6 0 8 a 2 d eu n i t ：d b ( a ) l风扇噪声排气噪卢油底壳噤卢进气噪卢机体噪声 8 8 28 5 88 2 77 7 5 7 2 5 7 2 3 表中l 为测点车外加速噪声声压级计算值，与实际测得的8 9 8 d b ( a ) 一致性，由此可见风扇噪声、排气噪声和油底壳噪声为该车的主要噪声。 2 4 本章总结 本章介绍了常用噪声源识别方法，通过综合使用这些方法确定了 m d 6 6 0 8 a 2 d e 整车车外加速噪声的主要噪声依次为冷却风扇噪声、排气噪声、油 底壳振动辐射噪声。噪声源的确定为以后改进研究工作的进行确定了方向。 1 1 江苏大学硕士学位论文 第三章排气噪声控制 通过m d 6 6 0 8 a 2 d e 轻型客车车外加速噪声试验，发现车身左侧噪声比右侧高 约1 1 d b ( a ) ，这主要是因为消声器布置在车身偏左的原因，而加速噪声的最大声 压级按国标取两侧平均值中较大的值，因此需要重点控制排气噪声。本章将对排 气噪声的控制进行研究，以降低排气噪声在车外加速噪声中的贡献。 3 1排气噪声频谱特性 排气过程可分为自由排气阶段和强制排气阶段。发动机排气开始时，气缸内 气体压力是排气管内压力的两倍以上，这时通过气门的气体流速等于燃气中的声 速，为自由排气阶段。废气从排气门高速冲出，沿排气歧管进入消声器，最后从 尾管排入大气，在这一强制排气过程中产生了宽频带的排气噪声。排气噪声一方 面通过气道内的气体传播；另一方面激励气道壁，产生二次噪声。 排气噪声的频谱主要包括以下频率成分m ： ( 1 ) 周期性排气为基频的排气噪声，是一种典型的低频噪声：内燃机每一气 缸的排气门开启时，气缸内燃气流高速排出，冲击排气道内的气体，产生压力剧 变而形成压力波，引起空气密度的周期性变化，从而产生周期性压力脉动噪声。 它的主要频率成分为： 石= 后昙( 3 - 1 ) 式中：z 气缸数： 胛发动机曲轴转速，r m i n ： f 发动机冲程数，i = 2 为两冲程，i = 4 为四冲程： 七1 ，2 ，3 谐波次数。一般k 3 的频率成分可以忽略，因为在排 气噪声频谱上，通常在基频 或其第二、三次谐波2 五、3 a 附近出现峰值，高次 谐波的声压级都不大。 ( 2 ) 排气管道内气柱共振噪声：排气系统管道中的空气柱，由于具有连续分 布的质量和可压缩性，而容易形成气柱共振。这种气柱振动与声波在管道内以气 体为媒介进行传播有密切关系。在周期性排气噪声的激振频率与空气柱的固有频 江苏大学硕士学位论文 率接近时，气柱就发生在该频段的共振，使管道强烈振动并辐射噪声。气柱的共 振频率为 以= t 2 k - 1 詈( 3 - 2 ) 式中：z 为管道内排气总管的长度，m 。其值取为消声器入口到各缸排气门距 离的平均值； c - - 为管道内的声速，m s ； 七谐波次数，取1 ，2 ，3 ，。 由( 3 2 ) 式得 k ( 2 k - 1 ) 轰 3 ) 即在管长等于1 ，2 波长奇数倍的频率下，将发生共振，且管道越长，共振频率 越低。 ( 3 ) 排气歧管处的涡流噪声：当气流从一个气缸排出，流向总管时，由于气 流通道内的气门、导杆等障碍物的阻挡，便会产生一种周期性的涡流。这种涡流 使歧管内气体产生压力波动，从而激发出噪声。涡流噪声是一种高声强噪声源， 其声功率与气流流速的4 次方甚至8 次方成正比。涡流噪声的峰值频率可按下式 进行计算： a_-sd,yv(3-4) 式中：s 撕特罗哈尔数，是一个与流场的雷诺数有关的数，无量纲。 s = 0 1 4 0 2 0 ，一般取0 1 8 5 ； v 气流流经排气歧管管口时的流速，m s ； d 气门直径，m 。 在气门开闭过程中，气流速度、气流流通面积、障碍物的尺寸等等都足变化 的，涡流噪声的频率也随之变化。所以涡流噪声是一种频谱很复杂的宽带噪声， 其峰值在一定宽度的频率范围内都有分布。 ( 4 ) 气缸的亥姆霍兹共振噪声：当排气门开启时，气缸与排气管相通，该气 缸容积如同一个亥姆霍兹共振器，其物理模型如图3 1 。气缸内压力波激发气体共 振，共振频率的大小与发动机转速无关，只取决气缸容积、排气管长度和直径。 江苏大学硕士学位论文 其共振频率为 石= 丢 式中：c 为声速，m s ； ，为排气管半径，m ； v 气缸工作容积，m 3 ； ，胡 气管长度，m 。 ( 3 5 ) 亥姆霍兹共振噪声的特点是它与发动机 图3 1 亥姆霍兹共振腔物理模型 转速无关。因此在排气噪声频谱中与发动机 f i g 3 - 1 p h y s i c a lm o d e l o f 转速变化无关的往往是亥姆霍兹共振噪声。 在相同的条件下，柴油机的排气噪声要比汽油机的排气噪声大。柴油机的排 气噪声呈明显的低频性，能量主要集中在基频及其倍频的频率范围内；中频范围 主要是排气管内气柱共振的噪声；高频段范围主要是包括燃烧噪声和气流高速通 过气口产生的涡流噪声。 3 2 发动机排气噪声的控制 对汽车内燃机的排气噪声控制中，最常采用且有效的降噪措施就是加装排气 消声器。消声器是一种控制气流沿管道传播的消声装置。这种装置通过阻止声传 播而不影响或很少影响气流的通过，达到控制噪声的目的，是控制空气动力性噪 声最简单而有效的设备。 3 2 1 消声器的性能评价 消声器的性能评价指标主要有三项：消声量、消声频率范围及功率损失”“”。 1 、消声量 评价排气消声器的消声量常用指标有插入损失上。和传递损失k 。 消声器的插入损失。是指安装消声器前后在某固定测点处测得声压级之差。 三n = 岛1 一易2 ( 3 6 ) 式中：0 ，0 。分别为安装消声器前后在同一测点处测得的声压级，d b 。 1 4 江苏大学硕士学位论文 图3 2 消声器噪声试验传声器布置 f i g 3 2m i c r o p h o n e s a r r a n g e m e n to fm u f f l e rt e s t 在测量汽车内燃机排气消声器的插入损失时，传声器测点位置应选在距排气 口0 5 m 处，声级计指向排气口并与排气口气流轴向成4 5 。夹角p 3 】( 如图3 2 ) 。为 保持测点不变，未装消声器时应加装一节空管以使排气口位置不变。由于插入损 失易于现场测量，方便易行，被0 c 1 6 3 0 - 1 9 9 9 汽车排气消声器性能试验方法 规定为消声器评价指树卅。插入损失不仅与消声器有关，还与声源特性、消声器 末端阻抗有关，是三者声学特性的综合反映。 传递损失上。是指消声器入口和出口处的声功率级之差，表示消声器输入和输 出噪声能量的相对变化关系。 l r l = l g ( 3 - 7 ) 式中：彤、职一分别为消声器入口和出口处的声功率； k ，、k ：一分别为消声器入口和出口处的声功率级，d b 。 传递损失反映了消声器本身的传递特性，不受声源管道系统和消声器后尾管 的影响，因此传递插入损失和插入损失在数值上略有差异。在对消声器进行理论分 析和设计计算时，使用厶。比较方便，但是传递损失的实际测量比较困难。 2 、消声频率范围 仅知道消声器的总消声量还是不够的，还必须了解消声器的频率特性，即在 各频率或频带上的消声量。一般常用倍频程和1 3 倍频程来表示消声器的频率特 性，进行较深入的分析时也可用窄带谱来表示。消声频率范围是指消声量显著的 江苏大学硕士学位论文 频率或频带，一般要求所消声的有效频带范围越宽越好，在人敏感的频率范围内 应有足够的消声量，并在所需消声的频率范围内有足够大的消声量。 3 、功率损失 消声器的空气动力性能足指消声器对气流阻力的大小，常用功率损失来表示。 消声器的功率损失定义为：内燃机在标定工况下不安装消声器时的功率巴与装消 声器后的功率：之差和己的比值，即 日= 学舢( 3 - 8 ) 一般要求功率损失凰t 5 。 3 2 2 消声器的分类 按照消声器机理不同，可将消声器分为阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合 式消声器及微穿孔消声器等多种类型。 阻性消声器利用声波在多孔且串通的吸声材料中的摩擦和粘滞阻力，将卢能 转化为热能耗散掉，从而达到消声的目的。吸声材料的作用类似电路中的电阻。 这种消声器在中、高频范围内有良好的消声效果。 抗性消声器是利用管道截面突变、旁支管和共振腔等造成声传播时阻抗( 主 要是声阻抗) 失配，在突变界面处发生声波反射、干涉等现象，从而达到消声的 目的。抗性消声器具有良好的中、低频消声特性。 阻抗复合式消声器综合上述两种的特点，具有阻性和抗性的作用，可以在较 宽频带范围内取得较好的消声效果。 3 3 抗性消声器的种类 抗性消声器具有良好的中、低频消声特性，它是全金属结构，结构简单、耐 高温、耐腐蚀，在高速气流冲击下不会被废气中的碳灰颗粒堵塞，而且制造成本 低，寿命长。因此常采用抗性消声器作为汽车排气消声器。同时由于其高频消声 效果较差，常采用多级组合或加上穿孔板等高频消声效果好的结构，以达到在较 宽频带内的消声。抗性消声器的种类很多，常见的主要有扩张室消声器和共振腔 消声器。 江苏大学硕士学位论文 3 3 1 扩张室消声器 扩张室消声器又称膨胀室消声器，其基本结构由管和室组成。当选择较大扩 张比和经多段扩张，消声量可达3 0 d b 以匕。但是扩张室消声器在中、低频段消声 效果好，而在高频段的消声效果较差。 单节扩张室消声器是最简单的扩张室 消声器，其结构简图如图3 3 所示。利用两 个管道截面突变处的声压连续和体积速度 连续方程，便可得到消声器的消声量计算公 式： s l s s 厂 p t l x - - t i 图3 3 单节扩张室消声器结构简图 f i g 3 3s t r u c t u r eo fs i n g l e e x p a n s ec h a m b e r l i l = l o l g c 肌一寺2 甜) 9 ， 式中：m = 是$ 1 为扩张比，墨、分别为消声器插入管及扩张室的横截面积； k = 2 7 t f c 为波数，c 为声速，厂为声波频率：为扩张室长度，m 。 式3 - 9 可以用图3 4 来表示。单腔扩张室消声器消声量是硝的周期函数，当 s i n 2 肼i = 1 时，消声量最大，此时 霉 、， 鞭 蕊 0 口。0 8i 。21 2 。o2 & l3 0 l , 2 l 雎 圈3 4 单腔扩张室消声器消声量随 扩张比m 变化 f i g 3 4e x p a n s i o nr a t i ee f f e c t so n s i n g l ee x p a n s i o nc h a m b e ra o i