武智方，夏均忠，劉曉凱，桓洪強，汪治安

(1．軍事交通學院 軍用車輛系，天津 300161； 2．陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，西安 710200； 3．69083部隊，烏魯木齊 830002)

● 車輛工程 Vehicle Engineering

商用車發(fā)動機艙隔音墊的降噪效果研究

武智方1，2，夏均忠1，劉曉凱2，桓洪強3，汪治安1

(1．軍事交通學院 軍用車輛系，天津 300161； 2．陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，西安 710200； 3．69083部隊，烏魯木齊 830002)

為降低商用車駕駛?cè)硕栽肼暎O(shè)計發(fā)動機艙隔音墊，并通過試驗研究其降噪性能。首先，對吸聲材料進行選型，將所選吸聲性能較好的材料與不同的隔聲材料匹配制作成隔音墊，用能量法測試其隔音性能；然后，將吸隔聲性能較好的樣件(隔音墊)裝配到駕駛室底部(發(fā)動機艙上方)；最后，進行駕駛?cè)硕栽肼暅y試，對比驗證其降噪效果。試驗表明，車輛裝配內(nèi)表層為黑色阻燃性無紡布，外表層為打孔鋁箔，中間填充半固化氈、玻璃棉和0.1 mm鋁箔的發(fā)動機艙隔音墊，在怠速工況下，駕駛?cè)硕栽肼暯档土?.45 dB(A)。

商用車；發(fā)動機艙；隔音墊；吸聲系數(shù)；噪聲控制

重型車輛配備的發(fā)動機輸出功率較大，行駛速度較低(最高車速90 km/h)，駕駛?cè)硕栽肼曋饕獊碓从诎l(fā)動機[1]。商用車的發(fā)動機通常置于駕駛室正下方，通過發(fā)動機懸置與車架相連[2]，發(fā)動機艙內(nèi)駕駛室底部裝配隔音墊，在一定頻率范圍內(nèi)能阻止發(fā)動機噪聲向駕駛室輻射[3]。

發(fā)動機艙內(nèi)安裝隔音墊，阻隔了噪聲傳遞路徑，是一種有效的降噪方法[4]。一方面，通過吸音作用直接降低發(fā)動機的噪聲；另一方面，通過隔音作用增大從發(fā)動機艙到駕駛室的聲阻抗，從而降低駕駛?cè)硕栽肼?。吸聲和隔聲功能對其材料的要求是矛盾的，在吸聲要求方面，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)沿厚度方向最大消耗聲能；而在隔聲要求方面，結(jié)構(gòu)外表面則要求最大程度地反射聲波。在設(shè)計匹配發(fā)動機艙隔音墊時，應(yīng)主要考慮其隔聲功能，同時兼顧其吸聲功能。本文采用吸聲系數(shù)臺架試驗、半消聲室隔聲量試驗以及駕駛?cè)硕栽肼曉囼?，對發(fā)動機艙隔音墊吸聲材料進行選型、匹配、性能測試和降噪效果驗證等。

1 吸聲材料選型試驗

1.1 試驗樣品

隔音墊的吸聲材料通常為多孔結(jié)構(gòu)，如毛氈、玻璃綿、離心棉和固化氈等。根據(jù)駕駛室隔音墊的安裝工藝要求，卡扣的極限安裝厚度為22 mm，隔音材料為PVC板(厚度為2 mm)，所以吸聲材料的極限設(shè)計厚度為20 mm。因為相同吸聲材料的吸聲系數(shù)與面密度成正比，厚度越大，吸音效果也就越好[5]。表1為用不同的吸聲材料制作的5套試驗樣品(厚度為 20 mm)，裁剪形狀如圖1所示。

表1 吸聲材料(制作隔音墊)試驗樣品

圖1 吸聲材料試驗樣品

1.2 吸聲系數(shù)測試

吸聲系數(shù)測試設(shè)備為阻抗管，其頻率測量范圍為50～6 300 Hz。通過測量樣品在兩個位置上的聲壓，然后計算兩個傳聲器聲壓的復傳遞函數(shù)，確定法向入射聲的反射因數(shù)，最后計算得到測試樣品材料的法向入射吸聲系數(shù)[6-7]。

聲波在入射到介質(zhì)界面時，一部分聲能會被吸收，一部分聲能會反射回來。吸收聲功率與入射聲功率的比值為吸聲系數(shù)α：

(1)

式中：wr為入射聲功率；wi為反射聲功率；r為法向入射聲壓反射因數(shù)，即法向入射平面波在基準面上反射波振幅與入射波振幅的復數(shù)比值。

1.3 試驗結(jié)果分析

吸聲材料試驗樣品的吸聲系數(shù)測試結(jié)果如圖2所示。對于1 500 Hz以下的聲音，試驗樣品3的吸聲性能要優(yōu)于其他材料，但對于高頻噪聲，其吸聲性能迅速下降。在1 000～6 000 Hz頻率范圍內(nèi)，試驗樣品4的吸聲系數(shù)最高；在2 050～5 500 Hz頻率范圍內(nèi)，其吸聲系數(shù)大于0.9；在3 800 Hz時，其吸聲系數(shù)等于1。

圖2 吸聲材料的吸聲系數(shù)測試結(jié)果

2 隔音墊隔音性能測試

2.1 試驗樣品

以離心棉、玻璃棉和半固化氈為吸聲材料，鋁箔及PVC板為隔聲材料制作3套厚度為22 mm的發(fā)動機艙吸隔音墊(如圖3所示)。隔音墊的制作材料組成見表2。

圖3 發(fā)動機艙隔音墊

隔音墊樣品編號材料組成12mmPVC板+離心棉+半固化氈20．2mm兩側(cè)打孔鋁箔+玻璃棉+半固化氈30．2mm外打孔鋁箔+玻璃棉+半固化氈+內(nèi)無紡布+中間夾1層0．1mm鋁箔

2.2 隔聲量測試

某物體的隔聲量PBNR為點聲源聲功率與測量點聲壓的平方的比值，它是1/3倍頻程頻率的函數(shù)[8]。

(2)

式中|p/Qa|為聲傳遞函數(shù)幅值，即響應(yīng)點的聲壓與點聲源中心處體積加速度的比值。

將表2中的3種隔音墊樣品分別裝配到發(fā)動機艙上部、駕駛室底部，然后進行隔聲量測試。試驗在半消聲室內(nèi)進行。點聲源布置在駕駛?cè)俗握戏剑叨扰c人耳平齊(如圖4所示)；傳聲器布置在發(fā)動機上表面，距離駕駛室底板約10 cm處(如圖5所示)。聲傳遞損失測試時，將中高頻點聲源置于駕駛?cè)俗挝恢?，使其發(fā)出中高頻的白噪聲激勵，測取駕駛室底部測點的聲響應(yīng)值。

2.3 測試結(jié)果分析

將測量得到的窄帶譜|p/Qa|轉(zhuǎn)換成1/3倍頻程譜，得到3種隔音墊樣品的隔聲量(如圖6所示)。頻率測試范圍為300～10 000 Hz。隨著頻率的增加，3種隔音墊樣品的隔聲量也遞增。隔音墊樣品3的隔聲量在整個頻率范圍內(nèi)都大于其他2種樣品。

圖4 點聲源布置

圖5 傳聲器布置

圖6 隔音墊隔聲量測試結(jié)果

3 整車試驗驗證

3.1 試驗車輛

以一輛大功率(316 kW)牽引車為試驗對象，其技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 試驗車輛技術(shù)參數(shù)

3.2 駕駛?cè)硕栽肼暅y試

在完成隔音墊樣品隔聲量測試后，進行駕駛?cè)硕栽肼暅y試。車輛靜止(離合器結(jié)合、變速器置空擋)，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)。發(fā)動機冷卻水溫度為正常工作溫度(80 ℃)。在駕駛?cè)硕圆贾?個聲學傳感器，門窗關(guān)閉。采樣時間為20 s，對采集的時域數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，得到100～20 000 Hz范圍內(nèi)聲壓的均方根值，作為駕駛?cè)硕栽肼曋?，其結(jié)果見表4。

表4 駕駛?cè)硕栽肼暅y試結(jié)果

車輛在怠速工況運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機噪聲向駕駛室內(nèi)輻射有兩種形式：一種為空氣傳播噪聲，另一種為結(jié)構(gòu)傳播噪聲。該車的發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速是600 r/min，所以點火頻率為30 Hz，其2倍的振動頻率為60 Hz、3倍的振動頻率為90 Hz，是發(fā)動機振動主要的傳遞頻率。由此得出，發(fā)動機對駕駛室的結(jié)構(gòu)傳播噪聲不超過100 Hz，又因人耳能聽到的最大頻率的噪聲是20 000 Hz，所以分析帶寬選取100～20 000 Hz。

通過頻譜分析，3種隔音墊樣品的降噪性能如圖7所示。從圖中可知，在頻率大于300 Hz時，車輛裝配隔音墊樣品3時，駕駛?cè)硕栽肼暤穆晧杭壸钚?。隔音墊采用雙層無紡布和半固化氈、中間有鋁箔夾層為最佳降噪隔音墊。

圖7 3種隔音墊樣品的降噪性能

4 結(jié) 論

本文應(yīng)用傳遞函數(shù)法對吸聲材料的吸聲系數(shù)進行測試并選型，將吸聲性能較好的材料與不同的隔聲材料匹配制作成隔音墊(樣件)，并應(yīng)用能量法對其隔聲量進行測試，將樣件裝車匹配，進行駕駛?cè)硕栽肼暅y試，對比其吸隔音性能的優(yōu)劣。

(1)傳遞函數(shù)法是測量材料吸聲系數(shù)及其隔聲量的一種精確有效方法。

(2)重型載貨汽車發(fā)動機艙隔音墊對于抑制發(fā)動機的空氣傳播噪聲有一定的效果。在300～20 000 Hz頻率范圍內(nèi)，不同的吸隔音材料對于駕駛室耳旁噪聲的影響差異為1～2 dB(A)。

(3)內(nèi)表層為黑色阻燃性無紡布，外表層為打孔鋁箔，中間填充半固化氈、玻璃棉和0.1 mm鋁箔的隔音墊，其吸隔聲效果最佳。

[1] 李俊慧,姚成,李東來.客車降噪材料應(yīng)用研究[J].機電技術(shù),2014(1):27-29．

[2] 吳繼輝,夏均忠,王靜,等.駕駛室懸置結(jié)構(gòu)對載貨汽車平順性的影響[J].軍事交通學院學報,2016,18(1):39-42．

[3] 楊洋,褚志剛,袁苗達,等.汽車前圍板隔聲量測定及改進[J].噪聲與振動控制,2014,34(2):212-215．

[4] 朱有劍,張勇,熊文波.基于傳遞函數(shù)法的阻抗管吸聲系數(shù)測量系統(tǒng)研究[J].聲學與電子工程,2014(10):27-31．

[5] 劉宏玉,張軍,章曉軒,等.基于汽車內(nèi)飾輕量化的NVH性能開發(fā)及應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2012(4):1-4．

[6] 趙立杰,張永,何劍杰.汽車前圍隔聲性能的計算方法[J].沈陽航空航天大學學報,2015,32(1):38-44．

[7] 胡恒,鄭四發(fā),赫鵬,等.材料吸聲系數(shù)雙傳聲器測量的參數(shù)識別方法[J].應(yīng)用聲學,2008,27(4):305-310．

[8] 王勇,龍偉,夏鐵權(quán).基于能量的商用車駕駛室隔聲試驗技術(shù)[J].現(xiàn)代制造工程,2015(5):49-52．

(編輯：張峰)

Noise Attenuation Effect of Sound Insulation Pad in Commercial Vehicle Engine Cabin

WU Zhifang1, 2, XIA Junzhong1, LIU Xiaokai2, HUAN Hongqiang3, WANG Zhian1

(1.Military Vehicle Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2.Automotive Engineering Research Institute, Shanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd., Xi’an 710200, China;3.Unit 69083, Urumqi 830002, China)

In order to reduce driver’s parotic noise of commercial vehicle, the paper designs sound insulation pad of engine cabin and studies its noise attenuation performance with experiments. Firstly, it makes sound insulation pad with sound absorption materials and different sound insulation materials and tests its noise insulation performance with energy method. Then, it assembles the sample (noise insulation pad) with better sound insulation performance to the bottom of the cab (above the engine cabin). Finally, it tests driver’s parotic noise and verifies the noise attenuation effect. The result shows that while assembling black flame-retardant non-woven fabrics in inner layer and perforated aluminum foil in outer layer, and filling semi-cured mat and glass wool and 0.1mm aluminum sound insulation pad in the middle, driver’s parotic noise reduces 2.45 dB (A) in idling condition.

commercial vehicle; engine cabin; sound insulation pad; sound absorption coefficient; noise controlling

2016-08-29；

武智方(1984—)，男，碩士研究生； 夏均忠(1967—)，男，博士，教授，碩士研究生導師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.02.012

U467.3

A

1674-2192(2017)02- 0048- 04

修回日期：2016-09-08．