(上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438)

0 前言

隨著汽車市場的快速發(fā)展，人們對車內(nèi)噪聲的關(guān)注日益增加。對傳統(tǒng)汽車來說，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、空調(diào)系統(tǒng)等零部件為汽車的主要噪聲源，對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量巨大。這些噪聲源均布置在前艙內(nèi)，乘員艙通過前圍將噪聲源隔離，前圍一方面起到密封乘員艙的作用，另一方面能降低前艙內(nèi)噪聲向車內(nèi)的輻射，所以前圍的聲學(xué)性能設(shè)計(jì)格外重要。

前圍總成包括外前圍聲學(xué)材料、前圍鈑金、內(nèi)前圍聲學(xué)材料。為了隔離前艙傳到乘員艙的噪聲，前圍總成主要以隔噪為主，吸噪不計(jì)或者為輔[1]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對前圍聲學(xué)處理進(jìn)行了大量的研究。羅竹輝等[2]對EVA+PU形式的乘用車內(nèi)前圍隔音墊的隔噪性能進(jìn)行了仿真分析，通過采用不同材料的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和聚氨酯材料(PU)，確定了隔噪效率最優(yōu)的EVA厚度和PU密度。MORITZ等[3]對不同材料的前圍聲學(xué)材料進(jìn)行隔噪性能的測試，通過測試結(jié)果分析，得出最優(yōu)隔噪性能和質(zhì)量比的聲學(xué)材料，采用此聲學(xué)材料既保證了聲學(xué)性能又減輕了零部件質(zhì)量。鄧江華[4]通過仿真和試驗(yàn)結(jié)合，分析防火墻泄漏量、覆蓋率和材料密度，得出了各因素對隔噪量的影響。

本文針對某MPV怠速關(guān)空調(diào)時(shí)車內(nèi)噪聲大的問題，根據(jù)排查結(jié)果，確認(rèn)其主要噪聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)。通過與對標(biāo)車進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架噪聲對比試驗(yàn)，得出該MPV前圍隔噪量不足及存在漏噪現(xiàn)象為主要原因。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化前圍的密封性和提高聲學(xué)包隔噪量，最終使得怠速車內(nèi)噪聲有了明顯的降低。

1 怠速噪聲特性分析

某MPV車在關(guān)空調(diào)工況下怠速運(yùn)行，主觀評估噪聲較對標(biāo)車大。通過實(shí)車測試，某MPV車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲客觀測試結(jié)果為48.6 dB(A)，而對標(biāo)車車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲客觀測試結(jié)果為45.2 dB(A)，某MPV車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲比對標(biāo)車高3.4 dB(A)。從1/3倍頻程圖來看，與對標(biāo)車相比，較大的頻段基本集中在中高頻，見圖1?；谝陨辖Y(jié)果可以判定，在怠速工況下，高頻的噪聲主要為空氣噪聲。為了更好地對其采取降噪處理的措施，需先對噪聲源進(jìn)行識(shí)別。

圖1 某MPV車與對標(biāo)車怠速車內(nèi)耳旁噪聲1/3倍頻程圖

2 噪聲源識(shí)別及分析

2.1 基于隔離法的噪聲源識(shí)別

基于噪聲源為空氣噪聲的判斷，本文采用選擇覆蓋法(選擇隔噪法)的噪聲源識(shí)別方法。該方法是將各噪聲源用隔聲材料覆蓋起來或引入消聲器內(nèi)，然后依次暴露噪聲源，測量響應(yīng)處的噪聲，從而得到各噪聲源對響應(yīng)處的影響[5]。對于該MPV來說，首先將汽車外前圍處用鉛板和隔聲材料完全覆蓋，并將進(jìn)排氣噪聲引出到消聲器中，再將相同怠速工況下逐一恢復(fù)各噪聲源的狀態(tài)。通過測量駕駛員右耳旁噪聲和上一狀態(tài)下噪聲之差即可識(shí)別出該聲源的噪聲水平和在車輛怠速時(shí)聲壓級(jí)中的貢獻(xiàn)量，如圖2所示。測試結(jié)果如表1所示。

圖2 隔離法噪聲源識(shí)別試驗(yàn)

序號(hào)測試工況駕駛員耳旁噪聲/dB(A)1原始狀態(tài)48.62引出進(jìn)氣噪聲48.13引出排氣噪聲47.84發(fā)動(dòng)機(jī)艙隔離噪聲45.2

通過聲壓級(jí)能量疊加公式可得到各聲源的聲壓級(jí)，如式(1)所示

(1)

式中，L各聲源的聲壓級(jí)，Li為各噪聲源聲壓級(jí)，N為噪聲源數(shù)目。

根據(jù)式(1)計(jì)算出各噪聲源貢獻(xiàn)量，如表2所列。從表2中可知，對駕駛員右耳處噪聲的貢獻(xiàn)量而言，各零部件的貢獻(xiàn)量大小排序依次為發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲、進(jìn)氣噪聲和排氣噪聲。

表2 各噪聲源貢獻(xiàn)量計(jì)算結(jié)果

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架噪聲試驗(yàn)

鑒于該MPV車怠速工況下車內(nèi)噪聲的主要來源為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，對該MPV車和對標(biāo)車的兩臺(tái)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了臺(tái)架噪聲試驗(yàn)，對比兩者之間的噪聲差異。根據(jù)GB/T 1859.3的方法，使用九點(diǎn)測試法，在半消聲室測量怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的表面聲壓級(jí)，見圖3。根據(jù)測試結(jié)果，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的聲功率級(jí)。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架噪聲測試圖

發(fā)動(dòng)機(jī)的表面聲壓級(jí)計(jì)算公式為

(2)

式中，Lp發(fā)動(dòng)機(jī)的表面聲壓級(jí),Lpi為第i個(gè)傳聲器位置處測得的噪聲聲壓級(jí)，NM為傳聲器位置的數(shù)目。

根據(jù)式(2)，可通過式(3)得到發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的聲功率級(jí)為

LW=Lp+101lg(S/S0)

(3)

式中，S為測量表面面積，S0為基準(zhǔn)面積，Lp發(fā)動(dòng)機(jī)的表面聲壓級(jí)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算所得兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率級(jí)，某MPV發(fā)動(dòng)機(jī)為80.6 dB(A)，對標(biāo)車發(fā)動(dòng)機(jī)為80.9 dB(A)，見圖4。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率級(jí)1/3倍頻程對比圖

圖4中兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲功率級(jí)并無明顯差異，因此該MPV車怠速噪聲大的主要原因還是由于前圍總成的隔噪量不足。

3 怠速噪聲的優(yōu)化措施

通過以上試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該MPV車在怠速工況下車內(nèi)噪聲主要來源是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，而對比該MPV與對標(biāo)車的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架噪聲試驗(yàn)結(jié)果可知，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲水平相當(dāng)，所以根據(jù)降低車內(nèi)噪聲水平的原理來說，重點(diǎn)應(yīng)放在控制噪聲傳遞路徑的方法上來。由于車內(nèi)噪聲差異為高頻噪聲，因此控制傳遞路徑應(yīng)該對前圍的密封性和隔噪方面設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 前圍密封性優(yōu)化

車身密封開發(fā)是汽車振動(dòng)-噪聲-平順性(NVH)性能得到保證的基礎(chǔ)性工作。衡量車身密封性狀態(tài)主要是通過車身的氣密性測試來確定的。氣密性測試方法大致分為兩類：一類是恒壓法，即通過鼓風(fēng)機(jī)以恒定的氣壓向車體內(nèi)部加壓，當(dāng)施加于車內(nèi)的氣壓與車身漏氣量達(dá)到壓力平衡時(shí)，恒定的泄漏值即為車身漏氣量，泄漏值越小，氣密性則越好；另一類是減壓法，即通過鼓風(fēng)機(jī)以恒定的氣壓向車體內(nèi)部加壓至預(yù)定氣壓值，然后關(guān)閉進(jìn)氣閥，由于氣體泄漏氣壓會(huì)逐漸減小，測量結(jié)果即是從預(yù)定的高壓值減小到預(yù)定的低壓值所需的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間越長時(shí)，氣密性則越好。目前國內(nèi)主機(jī)廠使用恒壓法來測試整車的氣密性，見圖5。

圖5 白車身氣密性試驗(yàn)圖

根據(jù)測試原理，可以得到氣體流量與泄漏面積之間的關(guān)系為

(4)

式中，Q為漏氣量，aD為流量系數(shù)，A為泄漏面積，Pi為車內(nèi)壓力，Po為車外壓力，ρ0為空氣密度。

通過測量的漏氣量和壓力值，根據(jù)式(4)可以計(jì)算出泄漏面積，泄漏面積表征了泄漏區(qū)域的大小。

結(jié)合車輛實(shí)際情況，要減小泄漏量，需要通過優(yōu)化前圍板及前地板的鈑金結(jié)構(gòu)、涂膠和過孔等的密封來實(shí)現(xiàn)，見圖6。

圖6 白車身關(guān)注的密封鈑金區(qū)域

通過白車身氣密性試驗(yàn)，確定了主要的泄漏點(diǎn)，如表3所列。

表3 前圍和前地板主要泄漏點(diǎn)

①為了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定單位——編注。

對于空調(diào)進(jìn)風(fēng)口本體可知，泄漏原因主要是內(nèi)外循環(huán)閥門密封不良、內(nèi)外循環(huán)模式切換密封不完善造成的。通過更換符合設(shè)計(jì)狀態(tài)的閥門零件，修復(fù)了內(nèi)外循環(huán)的控制邏輯，此處異常泄漏消失。

空調(diào)風(fēng)口和鈑金搭接縫隙泄漏原因是風(fēng)口與鈑金搭接泡棉過盈量不足引起的。通過增加風(fēng)口與鈑金之間的泡棉厚度完全消除了該處泄漏。

對于鈑金搭接的泄漏，經(jīng)過實(shí)車檢查，部分區(qū)域涂膠有缺陷，見圖7。

圖7 涂膠狀態(tài)較差的關(guān)鍵區(qū)域

結(jié)合白車身情況，對上述各區(qū)域的涂膠工藝進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是隔絕主要噪聲源的鈑金縫隙，實(shí)現(xiàn)上述區(qū)域泄漏量為零。

其次,檢查前艙區(qū)域的過孔和工藝孔，確保前艙鈑金沒有無用孔，且每個(gè)過孔和工藝孔均有密封設(shè)計(jì)定義。具體措施見圖8和表4。

3.監(jiān)管效率更高，加強(qiáng)了事中控制和事后檢查處罰。監(jiān)管部門之間的時(shí)間和精力有限，大量公告、采購文件需要審批，還要處理投訴，監(jiān)管效率不高。現(xiàn)在，審批改為備案，特別是消耗監(jiān)管部門精力和時(shí)間最多的采購文件的審批，改為預(yù)公示制度或在采購公告發(fā)布網(wǎng)頁增加采購文件鏈接，任何人可以隨時(shí)下載。采購文件內(nèi)容是否公平公正，交由市場各方人員特別是供應(yīng)商去判定。減少了審批人員和審批事項(xiàng)之后，監(jiān)管部門便擁有更多人員充實(shí)一線監(jiān)管力量，有更多的時(shí)間和精力加強(qiáng)制度建設(shè)，加強(qiáng)對政策執(zhí)行、采購過程的監(jiān)督檢查，依法查處違法違規(guī)行為。

圖8 前艙孔洞及堵塞檢查內(nèi)容

孔洞編號(hào)孔洞功能孔洞大小密封措施1/6/8/15焊接定位孔Φ25 mm橡膠堵蓋2空調(diào)進(jìn)風(fēng)口0.020 0 m2PU發(fā)泡3高低壓管過孔0.002 0 m2PU發(fā)泡4暖風(fēng)水管過孔0.002 0 m2PU發(fā)泡5CCB安裝定位孔Φ12 mm橡膠堵蓋7機(jī)艙線束過孔Φ80 mm三元乙丙橡膠(EPDM)密封墊9真空助力器過孔Φ36 mmEPDM密封墊10制動(dòng)踏板過孔Φ72 mmEPDM密封墊11轉(zhuǎn)向管柱過孔0.001 4 m2EPDM密封墊12軟軸過孔0.002 0 m2EPDM密封墊13空調(diào)漏水孔Φ25 mm橡膠管14洗滌管過孔Φ25 mmEPDM密封墊

經(jīng)過上述處理，白車身的泄漏量減小到了40 cfm，最終結(jié)果優(yōu)于對標(biāo)車，見表5。

表5 白車身泄漏量

通過上述一系列控制流程，有效地控制了前艙等重點(diǎn)區(qū)域的泄漏量，為后續(xù)的吸收隔聲性能及整車NVH性能控制提供了良好的基礎(chǔ)。

3.2 聲學(xué)包隔聲優(yōu)化

聲學(xué)包結(jié)構(gòu)由吸噪層和隔噪層組成。吸噪層通常采用PU泡沫或棉氈，隔聲層通常采用EVA。前圍板作為隔噪層，通常和內(nèi)前圍構(gòu)成，包括鈑金隔噪層、吸噪層和隔噪層，這種“三明治”結(jié)構(gòu)，極大地提高NVH性能。

上文中對前圍鈑金優(yōu)化完成后，需再對內(nèi)前圍隔噪墊進(jìn)行優(yōu)化，主要是縮孔，即減小隔噪墊的開孔，減少零件與隔噪墊之間的縫隙，優(yōu)化前后的隔噪墊零件見圖9，具體共8處優(yōu)化位置，詳見圖10和表6。

圖9 內(nèi)前圍隔噪墊開孔縮孔優(yōu)化前后對比圖

圖10 內(nèi)前圍隔噪墊優(yōu)化圖

同理，對外前圍隔噪墊進(jìn)行縮孔優(yōu)化，具體優(yōu)化方案共6個(gè)，詳見圖11和表7。

圖11 項(xiàng)目車型外前圍隔噪墊優(yōu)化圖

序號(hào)優(yōu)化目標(biāo)1隔噪墊在中通道處往下延伸2轉(zhuǎn)向中間軸處增加覆蓋3空調(diào)冷熱水管處壓隔噪墊邊緣4前艙線束處壓隔噪墊邊緣5空調(diào)進(jìn)風(fēng)口處壓隔噪墊6三踏與儀表板橫梁安裝點(diǎn)處壓隔噪墊7左A柱下隔噪墊缺口填補(bǔ)8右A柱下隔噪墊缺口填補(bǔ)

表7 項(xiàng)目車型外前圍隔噪墊優(yōu)化內(nèi)容

通過上述優(yōu)化方案，內(nèi)前圍覆蓋面積增加4%，外前圍覆蓋面積增加3%。對前圍的隔噪量試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。從圖12可知，前圍的隔噪量在中低頻段基本無變化，從1 600 Hz開始的高頻段隔噪量逐漸增大，說明前圍密封和聲學(xué)包的優(yōu)化對高頻段噪聲的隔離更有效。

圖12 前圍隔噪量優(yōu)化前后對比圖

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

圖13 優(yōu)化前后MPV怠速車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲1/3倍頻程圖

在怠速工況下，對完成以上優(yōu)化措施MPV車的車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲進(jìn)行測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。從圖13可見，駕駛員耳旁噪聲的高頻成分有明顯的下降趨勢，對于原始狀態(tài)來說，噪聲從48.6 dB(A)下降到44.8 dB(A)，下降了3.8 dB(A)，耳旁噪聲優(yōu)于對標(biāo)車，達(dá)到了預(yù)期的優(yōu)化目標(biāo)。

4 總結(jié)

以某MPV車怠速工況下車內(nèi)噪聲為研究對象，系統(tǒng)地闡述了整個(gè)優(yōu)化過程和具體的噪聲控制措施。采取優(yōu)化措施后，某MPV在怠速工況下，駕駛員耳旁噪聲由48.6 dB(A)下降到44.8 dB(A)，噪聲中的高頻成分得到抑制，優(yōu)于對標(biāo)車表現(xiàn)。通過以上研究工作，獲得以下結(jié)論：

(1) 通過隔離法能夠快速地識(shí)別噪聲源，為制定降噪措施提供依據(jù)。

(2) 車輛密封性和聲學(xué)包對整車的NVH性能有重要影響，主要對車內(nèi)噪聲的高頻成分有良好的抑制作用。

(3) 前圍鈑金的泄漏量和前圍聲學(xué)包的開孔面積同樣重要。泄漏量和開孔面積越大，從該處的泄漏噪聲就越大，所以需充分考慮減小鈑金泄漏點(diǎn)，增加聲學(xué)包覆蓋率。