（车辆工程专业论文）降低大客车车内噪声的试验研究.pdf

摘要 本文在分析了大客车噪声限制法规的演变历史和限值现状的基础上，从噪声源 识别技术、噪声控制原理和噪声控制措施等方面对大客车的车内噪声问题进行了 深入系统的试验研究。介绍了大客车噪声评价标准、汽车噪声测试环境以及噪声 测试过程中用到的一些常规仪器；综合运用多种噪声源识别方法，由粗到细，准 确地对复杂的大客车车内噪声源进行了识别、分解；分析了吸声、隔声、隔振和 阻尼等降噪技术的发生机理、影响因素和各因素的影响程度；提出并实施了大客 车车内外噪声的控制方案，进而通过试验对降噪效果进行了检验。 第一章评价了降噪工作在大客车行业中的重要意义；回顾并分析了大客车噪 声限制法规的演变历史和限值现状；介绍了本报告研究工作的主要内容。 第二章介绍了汽车噪声评价标准、汽车噪声测试环境以及噪声测试过程中用 到的一些常规仪器。 第三章介绍并评价了频谱分析法、声强测量法和声全息法等目前主要的噪声 源识别方法，综合运用分别运行、频谱分析等方法对大客车的车内噪声问题进行 了有效的噪声源识别工作。 第四章介绍了吸声、隔声、隔振等振动噪声控制技术的作用机理、影响因素 和各因素的影响程度以及在大客车降噪应用中的要领，为整车噪声控制措施的制 定和实施提供了理论依据和方向指导。 第五章提出并实施了切断固体传播声主要传递路径和提高车身空气传播声隔 声量的车内噪声控制方案，进行了匀速行驶车内噪声测试以检验降噪效果。 第六章对全文的研究工作进行了总结，给出了主要的研究成果和结论。 关键词：大客车噪声源识别噪声控制原理匀速行驶车内噪声整车降噪 同济大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ei n t e r i o rn o i s ep r o b l e mi ss t u d i e dd e e p l ya n ds y s t e m a t i c a l l yi nt h e n o i s es o u r c ei d e n t i f i c a t i o nt e c h n i q u e ，n o i s ec o n t r o l l i n gp r i n c i p l ea n dn o i s ec o n t r o l l i n g m e a s u r e s ，b a s e do na n a l y z i n gt h er u l e sa n dr e g u l a t i o n so ft h eh o m ea n da b r o a dw i t h r e g a r dt ot h en o i s ep r o b l e mo ft h eb u s t h en o i s ei n d e x e s ，n o i s et e s t i n ge n v i r o n m e n ta n dn o i s em e a s u r i n gi n s t r u m e n t sa r e i n t r o d u c e d n em a i nn o i s es o u r c ei d e n t i f i c a t i o nm e t h o d ss u c ha ss p e c t r a la n a l y s i sm e t h o d ， a c o u s t i ci n t e n s i t ym e t h o da n da c o u s t i ch o l o g r a p h ym e t h o de t c a n dt h e i ra p p l i c a t i o ni n v e h i c l ee n g i n e e r i n ga r ei n t r o d u c e d t h ei n t e r i o rn o i s es o u r c eo ft h eb u sa r ee f f e c t i v e l y i d e n t i f i e dt h r o u g ht h ec o m p r e h e n s i v eu s eo ft h ea b o v em e t h o d s t h ee f f e c t i v e n e s sa n d c o r r e c t n e s so ft h en o i s es o u r c ei d e n t i f i c a t i o nc o n c l u s i o n si sv e r i f i e db yt h en o i s e r e d u c i n gp r a c t i c e s t h en o i s er e d u c i n gm e c h a n i s m so ft h es o u n da b s o r b e n t ，s o u n di n s u l a t i o n ， v i b r a t i o ni n s u l a t i o na l ei n t r o d u c e d t h er e l a t e di n g r e d i e n t sa n dt h e i rc o n t r i b u t i o n q u a n t i t i e st ot h en o i s ep r o b l e mo ft h ea b o v en o i s er e d u c i n gt e c h n i q u e sa r ep r e s e n t e d ， w h i c hp r o v i d e st h en o i s er e d u c i n gp r o b l e mo ft h eb u sw i t ht h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a l d i r e c t i o n s as e to fm e a s u r e si n c l u d i n gc u t t i n gt h em a i np a t ho ft h ev i b r a t i o n st r a n s m i t t i n g f r o mt h ec h a s s i st ot h eb o d ya n di m p r o v i n gt h es o u n di n s u l a t i o nc a p a b i l i t yo ft h eb o d y t or e d u c et h ei n t e r i o rn o i s eo ft h eb u sa r ep r e s e n t e da n di m p l e m e n t e d t h ec o n t r o l l i n g e f f e c t so ft h eb u si n t e r i o rn o i s ei sv e r i f i e dt h r o u g ht h et e s to ft h ei n t e r i o rn o i s eo ft h e b u si nu n i f o r mv e l o c i t y k e yw o r d s ：b u s ，n o i s e s o u r c ei d e n t i f i c a t i o n ，n o i s ec o n t r o l l i n gp r i n c i p l e ，i n t e r i o r n o i s ei nu n i f o r mv e l o c i t y ，b u sn o i s er e d u c i n g 同济大学硕卜学位论文 第一章绪论 1 1 课题的来源及研究的目的和意义 随着现代交通业的发展，汽车作为交通运输工具，在我国的拥有量迅速增多， 因此造成的公害也越来越严重。据统计，交通噪声是目前的城市环境中最主要的 噪声源，汽车噪声约占整个环境噪声的7 5 。噪声危害人们的健康，影响人们正 常的学习，工作和休息。因此，通过系统研究客车噪声产生的机理。运用科学的 方法，有效地降低和控制客车内外的噪声声级，具有重要的环保意义 早在上世纪6 0 年代，国外就着手汽车噪声控制的研究和制定限制噪声的法规。 表1 1 、表1 2 和表1 3 列出了欧共体、美国和日本关于大客车车外加速噪声的限 值和变化【1 3 2 4 1 ，从中不难发现，车外加速噪声的限值每5 年左右就要降低2 - 3 d b ( a ) 。 发达国家对汽车发动机、消声器、变速箱、冷却系等主要声源有深入研究，并具 有成熟的理论计算和产品开发设计程序。美国环保局在1 9 7 7 年9 月提出，从1 9 8 5 年1 月1 日起公共汽车内部噪声不得超过8 0 分贝。美国5 家主要汽车制造厂对3 9 种1 9 7 0 年型轿车测定表明，前座乘客耳部侧位声级小于7 0 分贝。目前，国外汽 车噪声研究和控制的重点已经转向结构振动噪声、轮胎噪声及发动机隔声罩的研 究方面，控制技术己普遍达到实用阶段。德国奔驰公司声称已具备根据顾客要求 定制各种低噪声汽车的能力。 表1 一le c e 大客车车外加速噪声限值的变化 法规系列号 r 9 0 0r 5 l 一0 0r 5 1 0 lr 5 1 0 2 实施日期 1 9 6 9 3 11 9 8 2 1 0 11 9 8 8 1 0 11 9 9 5 1 0 1 限值d b ( a ) 大客车分类 p o = 1 4 7k w。p o = 1 5 0k w p 4 5 4 t ) ( s a ej 3 6 6 )( 联邦)( 联邦) 同济大学硕士学位论文 表1 3日本大客车车外加速噪声限值的变化 加速行驶噪声限值d b ( a ) 大客车分类 1 9 7 1 1 9 7 6 1 9 7 9 1 9 8 3 1 9 8 41 9 9 2 1 1 后x 年目标 1 0尸 1 5 0k w9 2 8 98 5 8 58 3 【6 】8 1 g p m 3 5 t p 1 5 0k w 8 9 8 78 68 38 3 【l o 】 8 0 在我国车外加速噪声的限值的变化( 表l - 4 ) 相对较缓慢，执行也不甚严格，自 1 9 7 9 年制定了g b l 4 9 5 7 9 机动车辆允许噪声【2 0 】以来一直未做修订，直到2 0 0 2 年才颁布了新标准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 2 1 1 ， 该标准分两个阶段实施，第一期限值阶段为2 0 0 2 年l o 月1f ：! - 2 0 0 4 年1 2 月3 1 日，此阶段生产的新车要达到e c er 5 1 0 0 中的限值；第二期限值针对2 0 0 5 年1 月l 同以后生产的汽车，此阶段生产的新车要达到e c er 5 1 0 1 中的限值，这样 到2 0 0 5 年我围的客车噪声水平与国外差距可缩短到9 年左右，其声压级相差约3 d b ( a ) 。为强化这一标准的实施，新成立的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 4 中发布了4 7 项强检指标，其中第3 9 项 即为车外加速噪声，规定“m 1 、n 1 类汽车的加速行驶车外噪声应符合e c er 5 1 0 1 的限值要求；其它类型汽车的加速行驶车外噪声应符合e c er 5 1 0 0 的限值要求， 检验方法按e c er 5 1 0 1 执行 。实施规则于2 0 0 3 年5 月1 正式实施。 表1 - 4 我固大客车车# l - d r l 速噪声限值的变化 法规系列号g b1 4 9 5 7 9法规系列号 g b14 9 5 2 0 0 2 实施h 期1 9 8 5 1 1 前1 9 8 5 1 1 起实施口期 2 0 0 2 1 0 12 0 0 5 1 1 人客车分类噪声限值d b ( a )人客车分类噪卢限值d b ( a ) 4 t g v m i1 t8 98 6p 1 5 0k w 8 28 0 1 1 t g v m 1 5 t 9 28 9脸1 5 0k w8 58 3 关于车内噪声，其虽然不象车外噪声那样限制严格，却也受各种法规和行业 标准考核。表1 5 列出了中华人民共和国城镇建设行业标准c j t1 6 2 2 0 0 2 城市 客车分等级技术要求与配置1 1 6 和中华人民共和国交通行业标准j t 厂r3 2 5 2 0 0 2 营运客车类型划分及等级评定【 1 对各星级客车等级评定的车内噪声限值。 表1 5 我国关于星级客车匀速行驶车内噪声的限值 法规系列号 c j 厂rl6 2 2 0 0 2j t 厂r 3 2 5 2 0 0 2 实施日期 2 0 0 2 1 0 12 0 0 2 7 1 人客车分类 1 0 m l 1 2 m9m 名= c f ) 。 在近场范围内，声压级可能有较大的起伏( 见图2 1 ) ，噪声也不是以平面波的 形式传播，声压与质点振动速度不同相，所以不能用近场测得的声压级来估计声 源的声强及声功率级，更不能用它来预测远场的声压级。由于近场中能量流动的 7 同济大学硕：l 二学位论文 特点，近场可看成一无功声场。 二、远场的定义及特性 在声场中，质点振动速度和声压存在平面波的简单关系的区域称为远场。通 常认为距离声源表面至少有感兴趣波长及声源特征尺寸以外范围可确定的远场。 在远场中，每当离声源距离增加一倍，声压级和声强级就降低6 d b ；声压与声 强关系符合i = p 2 胆的规律。如果声源为线声源，则随距声源增大一倍，声压级 和声强级将降低3 d b 。 在汽车噪声测量与分析中，除特殊要求外，声源的声压或声功率级的测量均在 远场进行。 近场与远场的判别，也可以用声级来完成。其方法是沿声源的噪声辐射线逐点 测量声压级，符合距离增加一倍，噪声衰减6 d b 规律的区域即为远场；否则则为 近场。 2 2 2 自由声场和混响声场 上面所述的近场和远场都是在忽略外界干涉的情况下讨论的。实际上，声波 从声源向外辐射时，声能的一部分在传播过程中总是要遇到障碍物，并被反射回 声源处。在离声源较近处，声场中只有声源直接辐射的直达声，就称为声源的自 由声场或直达声场。相反，在干涉声具有主要效应的区域，直达声不起作用，就 成为声源的混响声场。在实际测量过程中，若声源直达声的贡献量超过混响声时， 就可以认为进入了自由声场。 由上可知，自由声场是只有直达声而无反射声的声场。在实际环境中要获得 这样的声场是很困难的，要做到绝对没有反射声的影响是不可能的。但只能使反 射声尽可能小，以致和直达声相比可以忽略不计，即可以获得一个近似的自由声 场。在实际测量中获得自由声场的方法很多。如可以将声源悬吊于半空中，周围 没有反射场，这时声源辐射的就是自由声场。但这种方法易受气候影响。有条件 的地方可以建立具有自由声场特性的试验室消声室。但消声室的建立需要大 量的资金，一般的单位不具备这样的条件。在有些研究中还需要建立具有混响声 场特性的试验室混响室。 8 同济大学硕十学位论文 2 3 噪声的测量分析仪 2 3 1 噪声声级计 在各种场合的噪声测量中，声级计是应用最为广泛的噪声测量仪器之一。利用 声级计，可以得到声源的声压级、计权声压级、暴露声级及等效声压级等参数， 以分析评价声源噪声强弱。配合各种滤波器，还可以完成噪声的频谱分析，为噪 声控制提供必要的依据。 声级计是用传声器接受声音，通过音响补偿线路，尽可能变为符合人耳听觉特 点的频率特性，再经过放大，在指示仪表上指示出声级分贝数的测量仪器。其一 般由传声器、放大器、计权网络、滤波整形电路及显示仪表等组成。 声级计的种类按声级计的测量精度和稳定性可分为四类：分别称为o 、l 、2 、 3 型，其中0 型和l 型为精密声级计，而2 型和3 型为普通声级计。按测量对象和 处理方法的不同，声级计又可以分为一般声级计、积分声级计、脉冲声级计和积 分脉冲声级计等多种型式。 2 3 2 噪声频谱分析仪 汽车是一个复杂的复合噪声源。在汽车噪声控制中，只测量噪声的强度往往难 以满足噪声研究与控制的需要。在多数情况下，还必须制取噪声的频谱，以考查 噪声的特征。一般把能完成这种频谱分析工作的仪器称频谱分析仪或频率分析仪。 频谱分析仪一般由传声放大部分、滤波器、检波显示部分等组成。传声放大和 检波显示部分的功能与声级计相似，滤波器则是对频率具有选择性的仪器或构件。 在汽车噪声的频率特性分析中，常采用的分析仪器有精密声级计( 或放大器) 与 滤波器组的组合体，一般频率分析仪，实时频率分析仪及f f t 分析仪登几种类型。 从这些仪器的成本来看，它们是依次增加的。所以精密声级计与滤波器组组合体 这种分析仪器在实际中应用最广泛。 2 2 3 声强测量仪器 为了正确实施噪声控制措施，首先必须知道噪声源辐射声功率的大小和各构成 件的贡献。测量声源的声压能解决声功率的求取问题，但其对声场依赖性很强， 测量工作也很麻烦。采用测量声强的方法，则可使工作大为简单化。由于声强为 矢量而不象声压一样为标量。因而，它对测量环境的影响无关。如声源的声功率 可通过对围绕声源整个封闭表面上的声强矢量积分来决定，不需要专门消声室， 9 同济大学硕十学位论文 也不受本低噪声的影响。除此而外，声强测量还可以判别声源的位置，研究噪声 传播和吸收现象及考查吸声材料的特性等。正因为声强测量的这些优点，自1 9 7 7 年实用声强测量仪发明以来的几十年里，这项技术发展十分迅速，目前已经成为 声学研究和噪声控制的重要测量手段。 目前，声强分析仪有两种，即有限差分近似法声强分析仪和f f t 信号分析仪。 前者按有限差分近似方法的原理进行工作，而后者则以f f t 方法为基础来进行声 强分析。两种分析仪器各有特点，有限差分近似分析声强具有快速、直接、精度 较高等优点，但频率分辨率相对较低；而f f t 分析仪用于分析测鼍声强的频率分 辨较高，能测量声场中来自不同信号源而频率相近的信号，可清楚显示声场中的 谐波成分，但其计算速度较低，要获得同样计算精度所花费时间较长。另外，有 限差分近似法声强分析仪属于专用仪器，而f f t 信号分析仪则为通用仪器，除可 用来分析声强外，还可以测量分析信号的其他参数或应用于其它场合，如分析计 算信号频谱及相关性，进行机械系统响应分析，电子和电气系统的输入和输出分 析及控制系统分析等。 2 4 本章小结 本章内容主要讲述了与汽车噪声测量相关的一些基础知识。包括汽车噪声测 量过程中，涉及到的汽车噪声评价标准、汽车噪声测试环境以及噪声测试过程中 用到的一些常规仪器。汽车噪声的评价标准主要有声压、声强、声功率以及响度 等。汽车噪声测试主要是在近似的自由声场的环境中进行的，有条件的话，也可 以在消声室中进行。而汽车噪声测量仪器主要有声级计、频谱分析仪和声强测量 仪。目前用得最为广泛的就是频谱分析仪，因为频谱分析仪是目前市场上价格比 较适中，测量精度也比较准确的噪声分析仪器。 l o 同济大学硕士学位沦文 第三章大客车的噪声源识别 控制象大客车这样的复合噪声源的噪声，首先必须确定各个组成声源噪声的辐 射能力，使控制措施有的放矢，节省人力和物力。判断复合噪声源的噪声贡献者 的过程，称噪声源的识别。 目前，用于噪声源识别的方法【2 5 2 8 1 主要有主观评价法、近场测量法、分别运行 法、选择隔离法、频谱分析法【6 l 、相干函数法、倒谱分析法、表面振速测量法、声 强测量法f 3 4 1 以及声全息法f 1 捌等。上述十种方法，各具优点，适用的场合也不尽一 样，现评述如下。主观评价法一般只适用于有经验的专门从事这项工作的人；近 场测量法只能比较粗略地反映，精度不高：分别运行法适用于各零件可以分别运 行的情况；选择隔声法虽然可以不要求各零件能分别运行，但是这种方法比较耗 时，成本也较高；频谱分析法、相干函数法以及倒频谱法都是用噪声信号来分析 噪声源的方法，具有比较精确的优点；表面振速测量法是通过测量振动源表面的 振动速度来反映振动辐射的强弱，从而反映噪声源；声强法也能很准确地识别噪 声源，但是其测试的仪器价格比较高；声全息法是一个比较新的方法，还有待继 续的发展。 在对s w b 6 1 1 5 h p 8 3 型大客车的车内噪声源识别过程中，综合运用上述噪声 源识别方法，由粗到细，准确地对大客车的复杂噪声源进行了识别、分解，噪声 源识别的正确性为后面的降噪工作所证实。 3 1 常用的噪声源识别方法 3 1 1 主观评价法 人的听觉系统具有比最复杂的噪声测量系统更精确的区分不同声音的能力，经 过长期的实践锻炼的人，有可能主观判断噪声声源的频率和位置。有经验的操作、 检验人员在生产现场能从机器运转的噪声中判断是否j 下常，并能判定造成异常的 原因。这种主观评价法在生产实际中往往是很有用的。为了避免其它的干扰因素， 还可以借助医用听珍器等。 主观判断法并非是人人能达到判断效果的，因为其带有主观因素，同样的机器 噪声，不同的人鉴别的结果往往不一致。此外，主观评价法也无法对噪声源作定 同济大学硕士学位论文 量的评价。 3 1 2 近场测量法 在一般的声学环境下( 如在普通的房间内) ，若在距离声源较远处测声，测到的 主要是混响声；若在距离声源相当近的地方测声，则测得的主要是直达声，也就 是说，主要是来自与之最近的声源的声辐射。近场测量法就是以此为根据的。若 将传声器与表面保持着相当近的恒定距离，沿着表面移动测量声辐射区及其量值， 从而判断主要声源的所在。近场测量法简单易行，不要求高级的仪器和技术，但 它有很大的局限性，一是在混响严重的场所，使用该法就毫无意义；另一方面是 无法避免邻近表面辐射的影响。为了克服上述缺点，近年来有人用导管测量法对 近场测量作了改进。 一种声导管结构见图3 1 。它由一段开口的钢导管、锥形吸声体、探管和耦连 腔等组成。测量时需将左侧的开口部对准被测辐射表面，开口端与被测表面保持 着很小的间隙，并注意隔声。 圈3 一l 卢导臀结构 此时被罩着的那一块辐射面就象“活塞 一样向导管内辐射声波。为了防止反 射和在管内产生驻波，在导管末端设有类似吸声尖劈的吸声体。若将传声器安置 于导管内，势必产生较大的反射，故通过探管将声波引入耦连腔，传声器被安置 在耦连腔内，以达- n n 声的目的。这样，利用声导管就可以消除近场测量中的环 境噪声的干扰。但用声导管测得的声压级与在半自由声场条件下测得的声压级还 有较大差别，这是由于管内反射，探管和耦连腔( 类似一个亥姆霍兹共振器) 等因素 造成的。为此，需将测得的数据进行修正，修正值可通过试验确定。 3 1 3 分别运行法 分别运行法又称消去法，一含意是：在同一运转工况下，拆去和装上某一零部 件，分别在同一观察点处测得两种噪声值，然后按能量相减所计算得到的噪声量 1 2 同济大学硕士学位论文 值，即为该零部件所发出的噪声。 这种方法简单易行，直观性强，不要求采取先进设备与技术。但由于机器是互 相联系的整体，某一部分的拆除与停止工作，不可能不影响到与之有关联的部分， 故某些数据的误差较大；此外，该法费工费时，且有一定的局限性，例如在声源 的辐射表面上何处辐射最为严重，使用该方法不可能得出结论。 3 1 4 选择隔声法 利用分别运转法可了解机器上若干零部件噪声源的情况，而要了解机器上声辐 射表面的辐射情况，则可采用选择隔声( 又称铅屏蔽法) 。它是用铅板做成一个与机 器各部分表面相接近的罩子，内覆玻璃纤维等吸声材料，以减轻罩内的混响。测 试时，用该罩将机器覆盖严密，其隔声量至少要在1 0 d b 以上。然后打开罩的某个 “窗口 ，使辐射表面的某部分暴露出来，并在距离暴露表面一定距离处( 如l m ) 测量其声压级，即表征该处声辐射的大小。若依次打开各个“窗口 进行测量， 则可得辐射面上得主要辐射区域。 选择隔声法的优点是，只要覆盖严密，隔声较好，就能取得较高的精度；与分 别运转法比较起来，它不会产生由于某些零部件停止运转而带来的影响。该法的 不足之处是，由于覆盖时不易密封得很好，可能会影响测量结果的精度，特别是 因隔离低频声较困难，故仅适用与测量辐射中、高频声的声源。此外，用该法测 量要花费很多时间，且对测试的声学环境又一定的要求( 最好在消声室中测试) ，故 测试成本较高。 3 1 5 频谱分析法 这是识别噪声源的基本的方法之一，也是最重要的方法。频谱分析的基本方法 是幅值频谱分析。 频谱分析的基础是傅立叶积分，它是由傅立叶级数转换而来。对一非周期噪声 信号工( f ) 视其周期为无穷大，并满足一定的条件，那么这个噪声信号的频谱x ( f ) 可 以由下式计算： 彳( 厂) = rx ( t ) e - j 2 妒出 ( 3 1 ) 这个式子也称为傅立叶变换。 由公式( 3 一1 ) 可以知道，x ( f ) 是一个复数，它由实部r ( 厂) 和虚部，。( 厂) 组成 1 3 同济大学硕一 = 学位论文 x ( f ) 2 r e ( 厂) + l ( 厂) ( 3 2 ) 它的模和相位分别由下式得到： i x ( f ) i = 也2 ( ) + j 。2 ( 厂) ( 3 3 ) 矽( 门= t a n 一【，脚( f ) i r ( 厂) 】( 3 4 ) 在对噪声信号的辐射值谱分析中，就利用公式( 3 3 ) 来得到它的幅值频谱。 频谱分析中除了使用幅值频谱图以外，最常用的还有功率谱图，功率谱密度 可由噪声信号工( f ) 的自相关函数r ，( f ) 通过傅立叶变换得到，而相关函数r ( f ) 定 义为： b ( f ) = 7 l i 卅m1 j 0 f r 工( 坝f + f ) 出( 3 - 5 ) 式中，疋( f ) 为工( f ) 的自相关函数；f 为时间差；t 为观察时间。 自相关函数疋( f ) 的傅立叶变换称为功率谱密度文( 厂) ： 最( ) = b ( f ) e j 2 p y 7 d f ( 3 - 6 ) 式中，e 自然对数的底。 自相关函数t ( f ) 与功率谱密度函数最( 厂) 互为傅立叶变换对。同时功率谱密 度函数还可以用z ( ，) 的幅值谱x ( f ) 表示为： 足( ) - h l i r a 。i l - - ，i x ( f ) 1 2 ) ( 3 - 7 ) 蔓( 厂) 是一偶函数，在频谱分析仪上都是单边谱分析，故功率谱密度函数用单 边功率谱表示为： q ( ) = 2 最( ) = ! i m 导l x ( 厂) 1 2 f 0( 3 8 ) - - _ o o ， 可见功率谱是幅值谱平方，具有频率结构更加明显的特点，在分析噪声的频率 结构时更为有利。 3 1 6 相干函数法 相干函数是用来表示两随机信号在频域上的相关关系的函数，在解决实际问题 时把时域中的互相关函数转换成频率域中的互谱密度函数 ( ) = j 二( f ) e - j 2 p f r d r ( 3 - 9 ) 1 4 同济大学硕士学位论文 式中，( 厂) 为随机信号工( f ) 与j ，( f ) 的互谱密度函数；r f ( r ) 为随机信号x ( f ) 与y ( f ) 的互相关函数。 ( f ) - l i m l r i o r j ( 咖( f + f ) d r ( 3 - 1 0 ) 相干函数的表达式为： 7 刍( 厂) = j i j s 乙叫巧( 否f 了) 石i z 万 。y 刍( 厂) l ( 3 一l1 ) 式中，最( ) 和s ，( ) 分别为信号x ( f ) 和y ( f ) 的自谱密度函数，见公式( 3 6 ) 。 当x ( f ) 为输入信号，y ( f ) 为输出信号时，若砖( 厂) = 1 ，则表示，在这个频率上 j ，( f ) 全都是由于x ( f ) 引起的；若垛( 厂) = o ，则表示j ，( f ) 在此频率上与x ( f ) 无关；当 0 尼( 厂) 1 时，则表示j ，( f ) 对工( f ) 的依赖程度。 3 1 7 倒频谱法 倒频谱法( c e p s t r u m ) 分析技术是近代信号处理学科领域中的重要部分。由于它 能用于分析复杂频谱上的周期结构，分离和提取密集泛频信号的周期成分，受到 各方面的重视，在噪声识别中这种技术也得到了应用。 倒频谱的定义为：对数功率谱。表达式为： c 口( g ) 刊f l g q ( ) ) f 2 ( 3 一1 2 ) 式中，c 口( g ) 为信号x ( f ) 的功率倒频谱；f ( ) 表示对括号中的内容进行傅立叶变换； q ( 厂) 为信号x ( t ) 的功率谱。 工程中，在分析整个频率范围内的信息时常采用幅值谱： e ( g ) = f l g q ( 厂) ) i( 3 1 3 ) 倒频谱函数中的自变量q 称为倒频率( q u e f r e n c y ) ，其量纲与f 同，一般以m s ( 毫 秒) 计。 当被测系统有声反射等情况下，其噪声谱图呈多峰波状，用常规的频谱分析法 很难提取信号源，而采用倒频谱分析技术可以从复杂的波形中分离并提取信号源。 因而这种技术成为一种很有用的噪声识别方法。 由于倒频谱分析方法能明显地显示频谱图上复杂边频结构中的周期成分，并区 1 5 同济大学硕士学位论文 分出源信号和调制信号，因此为确定噪声提供比较确定的依据。 3 1 8 表面振速测量法 对于无衰减的平面余弦行波来说，从表面质点的振动速度可以得到面积为s 的 振动表面辐射声功率，其表达式为 彬= 伊s 订2 o r ( 3 - 1 4 ) 式中，店为空气的特性阻抗；s 振动表面的面积：百2 为质点法向振动速度均方值 的时间平均值；仃，为振动表面的声辐射系数；形为振动表面辐射的声功率。 而声压可由下式计算： p = 肛历2 ( 3 - 1 5 ) 因此从质点的振动速度即可得到质点辐射的声压及表面辐射声功率。为了对辐 射表面采取有效的降噪措施，常需了解辐射表面上各点辐射声能的情况，以便确 定各阶振型下的主要辐射点，以便有针对性地采取措施。这时可以将振动表面分 割成许多小块。用加速度计测出表面各点的振动速度，然后画出等振速线图。这 种等速线图可形象地表达出声辐射表面各点辐射声能的情况及最强辐射点。 3 1 9 声强测试法 与传统的的声压测试法相比较，声强法不但可以测出声音的大小，而且还可以 测出声能流动的方向。可以在现场测量大客车各部件、总成的声功率级，鉴别表 面噪声源，测量结构的隔声效果。由于声强测试法是现代噪声分析和控制的重要 手段，所以在大客车领域得到了广泛的运用。 声场中某点沿某个方向的声强为i ，= p “，从能量的角度来看，声强是通过 单位面积上的声功率。通常认为声强是指“时间平均声强”，可表达为 = 一面1 ( p l + p 2 ) r i 丽。 ( 3 - 1 6 ) 其测量方式是：由双传声器组成的声强探头将所测得的声压信号p 。与p ：放大 后送到双通道f f t 分析仪求出互谱，在用微型计算机做频域代数运算，可求出声 强。声强测量技术在噪声源识别中的应用主要可分为以下几个方面： 3 1 9 1 声功率排序法 声强法测量声功率可不受环境噪声的影响，当测量机器中某一部件的声功率 1 6 同济人学硕士学位论文 时可以把其他部件的噪声认为足环境噪声，这样各个部件依次测量，就可以得 到乍面的噪声绒排序。 3 1 9 2 连续扫描法 取传声器探头具有很敏感的指向性，当声入射方向与测头轴线成8 5 咐硅示声 强为j 下值，当角度为9 5 0 时变为负值。利用这个特性可以用连续扫描法将声源定位。 扫描时将探头轴线平行于被测表面连续平移，同时注视显示器的信号，当信号改 变符号时，过探头中点的垂线h 必有声源存在。此疗法对检测隔板或隔墙的声泄 漏r 分有效。 3 1 9 3 等声强线圈法 离被测表面一定f h 离设置一带肯网格的测量面。每个网格的中点就是测点，其 坐标按序先输入数掘分析系统。将探头轴线垂直于被测表面。测m 每个测点处的 表面法线方向的声强，然后可以画出被测表面的等卢强线圈及三维声强圈，由图 可以根方便地找出主要声源之所在。 3 1 1 0 声全息法 声全息技术不仅利用了声的强度信息，而且还利用了声的相位信息，因而具有 一些其它噪声识别技术所不具备的特点。它抗干扰性较强，能够在较大的背景噪 声下准确地识剧人客车表面的丰璺噪声源，并且能够分析出各个主要噪声源的频 率特性。利用改技术还可以实现远距离的啭声识别定位，测量设备和测量点可以 布嚣得离声源较远，这样可以实现在对声源影响最小的情况下完成测量。 声全息的基本原理是：在测量现场有 两个相互、p 行的虚拟平面，一个称为重建 平面或分析面5 ，它贴近于被测发卢体表 面，另一个称为全息面或采样面，两虚拟 甲面州距为z 。声全息测量的基本原理是 首先在全息面上记录包含声波振幅和相位 信息的全息数掘，然后利用声全息重建公 式f 3 1 7 1 推算出蘑建面上的声场分稚。由于重建面紧贴声源体表面，所以可咀将其 上的声场分布视为声源钵表面的声场也称为卢源叫。全息数据的记录利用两个 传卢器进i i = | 二，个为在采样平面胃中央附近固定不动的参考传声器m 。，测量的信 同济大学硕士学位论文 号可以表示为巳= a ( x ，y ) e 埘帕。删。两个传声器同时采样，信号做如下处理： h ( x ，y ) = p 置巳+ = a 彳( x ，y ) e 口。一。， ( 3 一1 6 ) 这样h ( x ，y ) 中就包含了测量信号巳相应的振幅和相位信息。h ( x ，y ) 通常又被称为 全息函数。在获取了全息函数之后就可以利用公式来获取重建面上的声场分布。 根据波衍射理论中的基尔霍夫积分定理可以推导出一个声全息的重建公式： 吣砌= 舞脾训) 1 + ( 1 + 专) c o 渊) ( 芋 ( 3 - 1 7 ) 式中( 孝，刁) 代表重建面s 上任意一点，u ( 善，刁) 为该点的声场。( x ，y ) 为采样面日上 的任意一点，h ( x ，y ) 为全息函数，为从采样面上任意一点( x , y ) 到重建面上任意 一点( 孝，7 ) 的距离。口为连线，与采样面的法线间夹角，k 为波数，为透射系 数。整个积分是对采样面日进行的一个面积分。 根据式( 3 1 7 ) 可通过采样面上的全息函数h ( x ，y ) 得到重建面上的声场分布 u ( 孝，7 ) 。 声全息方法具有较强的抗干扰性。在试验测量过程中，有较大的环境噪声出现， 但对试验结果影响不大，这是因为全息重建过程是一个积分计算过程，一个重建 点的声场是由许多个采样点共同决定的，所以在所有的采样点中，即使其中几个 点存在比较大的噪声，对整个积分结果的影响也不会很大。因此声全息方法是一 种有效的噪声源识别手段，可以有效地识别出大客车表面主要噪声源，反映出这 些噪声源的频率特性，同时还具有较强的抗干扰性能，适合于对大客车进行现场 噪声测量。 3 2 大客车车内噪声源的识别 3 2 1 车内噪声的全面普查 为全面了解国产城市车的车内噪声状况和水平，以s w b 6 1 1 5 h p 8 3 样车和一 原装进口的v o l v o 城郊车车( 简称“c a r r u s 车”) 为研究对象，进行道路匀速行 驶车内噪声的对比测试，测试方法参照国标g b 厂r1 8 6 9 7 2 0 0 2 声学汽车车内噪 1 8 同济人学硕士学位论文 声测量方法和汽车行业标准q c t5 7 9 3 汽车匀速行驶车内噪声测量方法，测 试结果见表3 1 。 从表3 1 的测试结果不难看出，1 ) 车内噪声的量值是随车速的提高而逐步增 加的；2 ) 在同一车速下，车内噪声是按测点前、中、后的的分布依次递增，这与 后置发动机的总体布局密不可分；3 ) 依据中华人民共和国城镇建设行业标准c j t 1 6 2 2 0 0 2 ( ( 城市客车分等级技术要求与配置对3 级城市客车的车内噪声7 9 d b ( a ) 的限值要求，该标准是以直接档( 即5 档) 下5 0k m h 匀速行驶为评价工况的，国产 车超过限值1 5d b ( a ) 。4 1 国产车与原装进口车相比，在同测试工况、同测试位置 处车内噪声相差1 0 d b ( a ) 以上。 通过上述实验，了解了降噪试验车的车内噪声状况和分布；与原装进口车相 比，揭示了国产车具有巨大降噪潜力，原因有待进一步分析。 表3 1 原装进口车与国产车车内噪声对比 车速 测点 卢级d b ( a 1 档位 s w b 6 11 5 h p 8 3 样 k m h 位置 c a r r u s 乍差值 乍 h i j 7 1 76 0 01 1 7 3 0 中 7 5 46 1 o1 4 4 后7 4 26 3 21 1 o h u 7 6 36 4 51 1 8 4 0 中7 6 76 2 51 4 2 后 7 8 86 5 01 3 8 h i j 7 7 66 5 21 2 4 5 档5 0中 7 9 36 6 51 2 8 后8 0 56 7 51 3 0 h u 7 8 36 6 51 1 8 6 0 中 7 9 86 8 21 1 6 后8 1 27 0 01 1 2 刖 8 0 66 7 o1 3 6 7 0 中 8 0 06 8 21 1 8 后8 1 66 9 5 1 2 1 3 2 2 动力总成噪声对车内噪卢的贡献度分析 大客车的车内噪声是由诸多噪声源构成的复杂组合噪声问题，但噪声源大体 可以分为两大类，即动力总成( 发动机、变速箱和驱动桥) 噪声和非动力总成( 路面 激励悬架激发车身振动的辐射噪声、轮胎噪声和空气动力( 风) 噪声等) 噪声，因此， 通过测量车辆匀速行驶和同车速发动机熄火滑行两工况下的车内噪声，可得到总 噪声和非动力总成噪声，二者之差即为动力总成噪声；如果再测得同车速发动机 空档滑行工况下的车内噪声，则通过三种工况的比较，可判断出发动机对车内噪 1 9 墅篓奎童墼兰兰堡堕圣 声的影响和贡献。 为此，以s w b 6 1 1 5 h p r 3 工艺样车为研究对象，进行道路车内噪声的对比测 试，测试方法参照g b t1 8 6 9 7 - 2 0 0 2 声学汽车车内噪声测量方法和汽车行业 标准q c z r5 7 9 3 汽车匀速行驶车内噪声测量方法。车辆挂在5 档车速选为 4 0 k m h 、5 0 k n g h 和6 0 k j n h ，行驶工况为匀速行驶、空档滑行和熄火滑行三种：车 内中部、后部分别安装传声器，发动机右悬置下纵梁处安装加速度传感器：对每 种车速和行驶工况组合，试验重复3 次( 测量结果见表3 2 ) 。 结果表明，同车速下匀速行驶和熄火滑行两工况的噪声差值为57 - 77 d 蹦a ) 由此可以断定动力总成噪声是车内噪声的最大贡献者。由上述测量结果可以计算 h 动力总成噪声的量值和其对车内噪声的贡献因子，结果列于表3 - 3 ：动力总成对 车内中部噪声的贡献率为7 3 1 7 8 6 ，对车内后部噪声的贡献率为 7 7p 旷8 30 。可见，相同情况下，动力总成对后部噪声的贡献率要比中部的高 4 0 0 口一- 4 6 ，这刚好可以解释车内噪声由中到后递增的现象。 对于星级客车行驶评价工况5 0k m h 匀速动力总成对车内后部和中部噪声的 贡献率分别为8 22 和7 81 ，为满足3 - k 级7 9 d b ( a ) 的限值要求，降噪必须以有 效控制动力总成噪声为前提并且降噪的重点应放在对车内后部噪声的有效控制。 如粜以车内后部噪声降到7 8 d b ( a 1 为研究目标，则动力总成噪声必须相应地由7 96 d b ( a ) 降低到7 63d b ( a ) 需要有3 3a b ( a ) 的降噪量。 同济大学硕士学位论文 表3 2 车内噪声、滑行、熄火对比实验 档车速发动机位 运行上况 测鼙结果d b ( a )平均值 匀速与熄火 位 k m h 转速r p m 置 l23 d b ( a )差值( d b ( a ) ) 匀速行驶 7 9 37 87 97 8 8 后 空档滑行 7 2 57 2 9 7 2 6 7 2 7 7 7 熄火滑行 7 1 17 1 67 0 67 1 1 4 01 0 5 0 匀速行驶 7 77 77 67 6 7 中空档滑行7 1 2 7 1 27 1 3 7 1 2 6 7 熄火滑行 7 0 37 0 46 9 37 0 0 匀迷行驶 8 0 98 0 77 9 98 0 5 5后 空档滑行 7 4 7 57 47 4 37 5 档 熄火滑行 7 3 17 3 27 2 77 3 0 5 01 2 5 0 匀速行驶 7 9 47 9 57 97 9 3 中空档滑行7 3 5 7 4 57 3 77 3 96 6 熄火滑行 7 2 57 37 2 57 2 7 后 匀速行驶 8 1 3 8 1 28 1 18 1 2 6 4 ( 近似) 6 01 5 5 0 空档滑行 7 4 77 5 17 4 67 4 8 匀速行驶 7 9 68 0 17 9 77 9 8 中5 7 ( 近似) 空档滑行7 4 0 7 4 17 4 37 4 1 表3 - 3 车内噪声的贡献量分析 车速 位置 总噪声 动力总成噪声 贡献冈j f ( ) ( k m h