一种基于声功率的整车降噪试验方法.docx

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1 一种基于声功率的整车降噪试验方法谢晓龙罗淼王亮侯臣元苏虎(泛亚汽车技术中心有限公司上海 201201 ) 摘要:本文介绍了一种基于声功率的降噪试验方法 PBNR ,研究了该方法与传统的隔声(STL) 测试和降噪(Noise Reduction, NR) 测试方法的异同,可应用于与竞争车型在声学包隔声吸声能力、车辆密封水平进行综合对比,为新车型开发设定合理的整车目标。在样车开发阶段通过 PBNR 测试可以发现噪声传递路径上的薄弱环节,提出合理的补救措施。通过获得 PBNR 的外部声场分析,建立整车 SEA 模型, 可以在早期开发阶段预测 PBNR , 通过优化声学包布置, 满足整车目标, 可避免开发后期由于空间布置问题、零件干涉而无法进行补救的问题。关键词: PBNR ,体积加速度,声功率,互异性原理, SEA ,传递路径分析 1. 前言作为评价汽车操控性和乘坐舒适性的重要指标, 振动噪声越来越受到人们的重视。根据噪声产生的不同机理, 车内噪声可分为结构传播噪声和空气传播噪声, 发动机、轮胎在运转状态下辐射出的噪声, 传递到车内属于空气传播噪声的范围。对于空气传播噪声的控制, 一般是通过在发动机舱和车内布置声学包, 来阻隔和吸收噪声源的辐射噪声, 因此声学包的设计水平对整车声品质有很大影响。对声学包零件的评估有多种方法, 常见的有全消全反试验室评估隔声量, 混响室评估吸声系数。传统的隔声评估方法需要将车辆切割后制作工装, 进行窗口隔声试验, 试验需周期很长, 费用也较高。本文介绍了一种基于声功率的降噪试验方法(Power Based Noise Reduction , 简称 PBNR) [1,2] , 能够在不破坏车辆前提下快速评估整车声学包隔声、吸声能力, 与竞争车型进行快速对比从而设定整车目标,此外还可以进行噪声路径分析,查找路径上的泄漏和声学包设计的薄弱环节。 2. 基于声功率的降噪试验方法 PBNR 被定义为点声源声功率Π对于某点测量声压 p均方值的比率,是 1/3 倍频程的函数,dB 值的表达式为[3]: PBNR=10 × log10[ Π/(p · p*)/ α] (1) 公式(1) 中,Π是点声源在自由场测得的声功率, 其参考值α=Π ref/p2ref=1/400 ; p* 是声压 p 的的共轭值; (p· p*) 是均方声压值或测量声压的自功率谱。 PBNR 可以通过空气声传递函数( ATF )计算获得, ATF 被定义成响应点的声压( Pa )对声源的体积加速度( m3/s2 )的比率,用来表示一个系统的空气声路径特性,单位为 dB ( Pa/m3/s2 ) ,参考值= 20μ Pa/m3/s2 。当一个点声源处于自由声场内时,其声功率才能以体积加速度表示为: Π=ρ Qa × Qa*/ (4πc) (2) 式中 Qa 为体积加速度, Qa* 为 Qa 的共轭, Qa*Qa* 是测得的体积加速度的自功率谱。这样, PBNR 便成为: PBNR=10 × log10[(Qa/p) · (Qa/p) ρ/(4 πα c)(3) =-20 log10[(p/Qa)/( ρ/4 πα c)1/2 (4 ) 2 =-20 log10(p/Qa)-9.5 (5) 式(5) 中∣ p/Qa ∣是测得的响应声压对体积加速度的 ATF 幅值。 PNBR 与隔声(STL) 测试和降噪(Noise Reduction, NR) 测试有很大不同, STL 测试只能评估单一声学零件的隔声能力,无法同时评估声源侧和接受侧的吸声材料的吸声能力, NR 可以评估接受侧比如车内的吸声混响能力, 但无法评估声源侧如发动机舱内的吸声材料, 而基于声功率的降噪试验方法 PBNR ,声源侧测量的是声源的体积加速度即声功率,而不是声压或声强,接受侧测试的是经过混响和衰减后的声压, 所以不但能评估传递路径上的隔声能力, 还能同时评估声源侧和接受侧的吸声能力。测试 PBNR 有2 种方法,一种是在实际噪声源处放置体积速度声源,在车内处放置麦克风,测量两者之间的 ATF , 但体积速度声源布置起来耗时耗力, 一次只能测试一条路径; 另一种方法是根据互异性原理, 声源放在车内实际接受处位置, 麦克风布置在实际声源如发动机表面、轮胎接地处、排气末端, 来测试 ATF 。这种方法布置简单, 避免了空间不足拆卸零件的问题, 而且可以在多个实际声源处布置麦克风,同时测试多条路径的 ATF 。测试中, 使用了 LMS 中高频体积速度声源[4], 产生 200-10000Hz 的白噪声, 如图 1 所示。数据采集前端为 LMS SCADAS ,数据处理系统为 LMS Test.lab 11A ,输出不同路径的 PBNR 。图1 LMS 中高频体积速度声源 3.PBNR 在整车开发中的应用 3.1 与竞争车型进行整体对比 PBNR 的第一个应用是与竞争车型在声学包隔声吸声能力、车辆密封水平进行对比,为新车型开发设定整车目标。图 2 为新君越与德系、日系相同价位的竞争车型在发动机舱到驾驶员右耳的 PBNR 对比,新君越在整个频段上都好于竞争车型,随着频率的上升,其优势越来越明显,最大差异为 10dB 。新君越为打造“图书馆级静音”, 在噪声控制方面做了大量设计工作, 包括最大限度地增加内前围隔音垫重质层的面密度、对防火墙上各种穿孔件的密封水平的提升、发动机舱高性能吸声材料的布置等。图3 为前***胎到驾驶员右耳的 PBNR 对比。路噪尤其是光滑路路噪与轮胎辐射噪声直接相关, 因此轮胎接地处到车内的 PBNR 可以表达车辆对路噪的控制水平。新君越在控制路噪上的措施, 包括最高水平的地毯隔音垫隔音吸声能力, 多道车门密封条, 声学夹层玻璃等, 所以新君越在整个频段上优于竞争车型。 3 图2新君越与竞争车型 PBNR 比较,发动机舱图3新君越与竞争车型 PBNR 比较,前***胎 3.2 通过 PBNR 查找噪声传递路径 PBNR 的第二个应用是在样车开发阶段查找问题。图 4 所示,红线为发动机舱到驾驶员右耳的 PBNR 目标线,蓝色虚线为改进前的状态,可以看到从 1600Hz 开始, PBNR 值下降很快,与目标值有较大差异。 PBNR 是一个综合反映车辆的隔声能力、吸声能力、密封状态的指标,但在不同频段上,隔声、吸声的控制能力不同。 1000Hz 以下,声学包与车身钢板组成的 double wall 隔声系统起主要作用,泄漏对这段频率影响很小,高于 1000Hz ,隔声系统受到泄漏的影响而被消弱,吸声材料的吸声系数随频率的提高上升很快, 在这个频率段可以弥补泄漏对隔声的影响。前围防火墙上安装很多穿孔件, 如转向管柱防尘罩, 油门、刹车、离合器踏板, 空调进风口和冷热水管路等, 任何一处穿孔件安装不到位,与隔音垫配合有问题,都会影响车内高频噪声。通过使用超声波泄漏仪, 查找 PBNR 下降的原因, 发现转向管柱防尘罩与空调冷热水管路处存在泄漏。对泄漏处进行声学处理,并在仪表板内增加吸音棉,吸收高频噪声,
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