Transcript 汽车噪声控制5
汽车噪声控制 内容回顾 第一章 声学基础 第一节 声学基础概念 第二节 波动方程 第三节 声波的传播特性 第二章 噪声测量分析技术 第一节 传声器及其参数特性 第二节 倍频程及计权声级 本节内容 第二章 噪声测量分析技术 第三节 第四节 汽车噪声常用的测量方法 汽车噪声标准及车外加速噪声测量 第二章 噪声测量分析技术 问题提出： A厂家设计了一款新车“M1”，主观感觉噪声 比较大，主设计师希望我们同学承担以下任务： 希望我们同学能分析该车噪声的特点，了解该 车噪声主要从哪里来的，确定该车能否通过国 家的国标，是否可以销售？ M1 为客车 发动机：72KW 载客人数：6人 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 第二章 噪声测量分析技术 按照GB1495-2002法规标准，该车的加速行驶车外 噪声级为82.0 dB(A)。 针对该车型，按M1车目标要求，目前国标要求为 77dB(A)。与之相比较，目前的加速行驶车外噪声级超 标5.0dB(A)。为了采取有效措施实现该车型车外噪声 的控制，需要对该车型的车外噪声声场进一步测量分 析。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 以频率为横坐标，声压级或者声强级为纵坐标给出的 噪声测量图形称为频谱图，一般来说频谱图中各峰值 所对应的频率就是某声源造成。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 频谱分析的主要目的是了解噪声的频率结构，了解噪 声能量在各个频率上的分布。 分析噪声频率一是人的主观感觉与频率结构相关，另 一方面与噪声的产生、辐射和传播密切相关，频率特 性为寻找噪声源提供了重要依据。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 对声压级、声强级和声功率级均可以进行频谱分析， 从而得到声压级谱、声强级谱、声功率谱（自功率谱 ，互功率谱）。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 频谱的横坐标可以是线性坐标，也可以是对数坐标， 相应的谱就称为线性谱（恒定带宽谱或窄带谱）或对 数谱。对数谱中又根据频程定义可称为1/n倍频程谱 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 小提示： 频谱分析的本质 X ( f ) x(t )e j 2ft dt 单边谱，双边谱，幅值谱，相位谱，谱密度函数，谱 幅值，谱的单位 声压幅值谱:(声压单位为Pa的话，谱单位为Pa，声压 单位为dB的话，谱单位为dB） 相位谱的单位是rad 谱密度的单位：W/Hz 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 利用频谱识别汽车噪声 汽车主要零部件的频率范围： 噪 声 源 燃 烧 活 塞 敲 击 进、排气门 冷 却 风 扇 进 气 排 气 喷 油 泵 齿 轮 轮 胎 车 身 Hz 频率范围（ <10000 <8000 <2000 <2000 50~500 50~5000 >2000 <4000 <15000 <300 ） 相 应 特 性 柴油机集中在 1～4000，汽油机范围广 与转速和缸数有关 与转速和气门有关 与转速和叶片数有关 Hz Hz 周期进气<200 ,进气涡流>1K Hz 排气涡流>1K 与转速和分泵数有关 与转速、齿数有关 Hz Hz 子午线胎<1000 ,斜交胎 2500 左右 Hz Hz 车身结构<30 ，板件 30～300 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 频谱分析设备： 传声器 供电电路 放大电路 抗混滤 波电路 A/D FFT分析 Workstation 带频谱分析功能的声级计 专用的频谱分析设备（B&K，Hp, 中科院声学所，声望公司） 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声压测量法是目前最常用的噪声测量方法，利用声级 计等声压测量仪器直接测量声场中的声压级分布，从 而找出噪声峰值，确定主要声源的位置： 声级计 声强测量设备 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计：根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所 表现出的精度，国际上把声级计分为两类，一类叫精 密声级计，一类叫普通声级计。近年以来开始实行四 类分法，即分为0型、1型、2型和3型。它们的精度分 别为±0.46、±0.76、±1.00和±1.5dB。 0型声级计主要用作实验室参考标准；1型声级计供实 验室及声学环境能够严格控制的场合使用；2型声级计 适合一般的测量使用；3型声级计主要用于现场的噪声 普查 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计：根据声级计所用电源的不同，还可将声级计 分为交流式声级计和用干电池的电池式声级计两类。 电池式声级计也称为便携式声级计，这种仪器体积小 、重量轻、现场使用方便。声级计一般由传声器、前 置放大器、衰减器、放大器、计权网络、检波器、指 示表头和电源等组成。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计（台湾泰仕）： A加权测量范围 30dB to 130dB C加权测量范围 35dB ~ 130dB 量测档位 30-80dB, 50-100dB, 60-110dB, 80-130dB 频率响应 31.5 Hz to 8KHz 频率加权特性 A特性和C特性 动态特性时间加权 快速和慢速 麦克风 1/2 英吋极化电容式麦克风 数字显示 4 位数 LCD , 0.1dB resolution, updated every 0.5s AC / DC 信号输出 2Vrms/每档满刻度，10mV/dB 过载指示 模拟刻划显示 每一刻划代表1dB，取样率为20次/秒 电源 1.5V 3号电池4颗或直流6V 100mA电源转换器 电池寿命 约20小时 操作温湿度 5 ~ 40oC , 10 ~ 90% RH 外形尺寸 265 (长) × 72(宽) × 21(高)mm, ( 10.4" L × 2.8" W × 0.8" H ) 重量 约310公克 附件 使用手册、电池、手提携带盒、调整棒、海棉球、3.5f 耳机插头 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计（嘉兴红声）： 35-130dB（A） 31.5Hz-8kHz 检波特性：快（F）、慢（S）、 脉冲（L）、峰值保持。 附件：（含HS14417传声器1只）、风 罩1只，钟表起子1把，外配携带箱1 只。 选购附件：校准器、延伸电缆（5m、 10m）、三脚架和专用AC附件。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计（日本理因）： 测量范围：28-130dB 时间计权：快，慢，脉冲 频率计权：A，C 测量参数：Lp,Leq,Le,Lmax,Lmin,Lx 显示：128*64点阵液晶 存储：15000点测量数据 校准：内置1kHz正弦波 输出：AC，DC输出 I/O接口：RS-232接口 外形尺寸：85*310*48 重量：370g 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： M1车前面声压分布： 在车体前面，噪声主 要集中在车头前端散 热器隔栅位置及其下 部，最大声压级出现 在第34测点，最大计 权声压级为98.6dB(A)。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： M1车后面声压分布： 从车体后面A计权等声压图和3D声貌图可以看出，在车体后面，噪声主要集中在 车体下部，最大身压级为89.9dB(A),在第60测点(左下排气管处)，从三维声貌图 上可以看到在排气噪声的影响下，整个后面的左下部噪声都比较大 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： M1车左侧面声压分布： 车体左侧面A计权等声压图和3D声貌图 可以看出，在车体左侧面，噪声在前轮 罩附近辐射比较严重，同时沿车下部也 有噪声辐射，在排气附近噪声也明显加 大。最大噪声位置出现在前轮罩与轮胎 间隙处和后排气管附近。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： M1车右侧面声压分布： 从车体右侧面A计权等声压图和3D声貌 图可以看出，在车体右侧面，噪声主要 在前轮罩边缘以及车体下部比较大，噪 声的声压级变化较为平缓，在前轮缘位 置存在峰值，最大噪声声压级达到 91.1dB(A)，位于第34测点处。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： 声强是沿声传播方向单位面积通过的声功率，比声压 更能反应声音的本质。声压是标量，声强是矢量。声 强不仅发应声的大小，而且还表示声音的方向。因此 声强测量来自非测量方向的声干扰有较强的抗干扰能 力，这样近场声强测量受环境影响就较小，所以声强 测量可以在现场进行而不必使用造价昂贵的消声室， 近年来声强测量已成为噪声测量的重要手段。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： 声强系统一般由声强探头、前置处理电路和主机组成。 处理程序一般安装在主机中。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： 声强系统一般由声强探头、前置处理电路和主机组成。 处理程序一般安装在主机中。（SIMS声强测量系统） 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： 丹东黄海客车 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： M1车前面声强测量 从车体前面A计权等声强图和 3D声貌图可以看出，车体前面 噪声的最大声强级为89.9 dB(A)，出现在车头中间下部 第28～30测点附近。分析认为 车体前部的噪声主要是发动机 噪声通过车体底部和散热器隔 栅直接辐射出来 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： M1车后面的声强测量 从车体后面A计权等声强图和3D声貌图可以看出，车体后面噪声的最大声强级为 88.9dB(A)，噪声集中在车体下部，主要是排气噪声和发动机辐射噪声。与前部发动机 噪声相比，排气噪声与发动机基本处于同一级别大小。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： M1车左侧面的声强测量 从车体后面A计权等声强图和3D声 貌图可以看出，车体后面噪声的最 大声强级为88.9dB(A)，噪声集中 在车体下部，主要是排气噪声和发 动机辐射噪声。与前部发动机噪声 相比，排气噪声与发动机基本处于 同一级别大小。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： M1车右侧面的声强测量 从车体右侧面A计权等声强图和3D 声貌图可以看出，车体右侧面的声 强峰值出现在前轮缘位置，最大声 强级为88.6dB(A)，主要是发动机 辐射噪声。与前部相比后部无明显 的噪声辐射来源。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声强测量： M1车平面噪声辐射图 该车在风扇小负荷工作状态时噪声 主要是从前部散热器栅格，车底部； 左侧和右侧的轮罩间隙，车下部辐 射出来；后面的排气噪声对该车车 外噪声也有比较大的贡献。从噪声 量级来看，左侧前轮罩附近噪声最 大，最大计权声强级达到 91.4dB(A)，前部散热器栅格位置 辐射出来的噪声(最大声强 89.9dB(A))、右侧轮罩辐射出来的 噪声(最大声强88.6dB(A))以及排 气附近的噪声(最大声强 88.9(dB(A))基本在同一水平。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： 声全息测量原理 全息照片，不仅记 录了物体发出的光 的强度信息，而且 还记录了相位信息， 记录了波的全部信 息。 所以在光二次发生 衍射时能够重建物 体的像 照片底片 普通照片 全息照片 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 工况 标称车速(km/h) 实际车速 档位 工况1 40 34～37 3 工况2 50 42～43 3 工况3 60 50～51 3 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 工况1下 a）汽车左侧噪声信号频谱 b）汽车右侧噪声信号频谱 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 图 工况1下90～110Hz频带内汽车左侧表面噪声分布 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 图 工况1下90～110Hz频带内汽车右侧表面噪声分布 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 工况2下a) 汽车左侧噪声信号频谱 b) 汽车右侧噪声信号频谱 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 图 工况2下175～195Hz频带内汽车左侧表面噪声分布 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 表不同工况下排气噪声比较表 声场重建频段（Hz） 主要噪声源大小（db） 标称车速（km/h） 左侧 右侧 左侧 右侧 40 90～110 100～120 81 83 50 115～135 115～135 80 80 60 130～160 130～160 83 82 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 表 不同工况下发动机爆发频率噪声比较表 声场重建频段（Hz） 主要噪声源大小（db） 标称车速（km/h） 左侧 右侧 左侧 右侧 40 90～110 100～120 78 81 50 115～135 115～135 86 83.5 60 130～160 130～160 94 90 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 声全息测量： M1车全息测量结果 从以上分析可知，发动机爆发频率噪声主要通过汽车 前轮罩附近向外辐射，并且随着车速的提高噪声的声 压级也显著提高。而排气噪声主要通过汽车尾部排气 口附近向外辐射，其声压大小与车速之间不存在固定 规律。 从分析结果可知，在工况3状态下，车左侧噪声总体大 于车右侧噪声。该车噪声主要是发动机爆发频率噪声 ，其次为排气噪声。对于发动机爆发频率噪声是通过 汽车前轮罩前下方向外辐射的，排气噪声是通过排气 口向外辐射的 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 消去测量法： 就是首先把附带全部装备的试验对象（如汽车、发动 机等）在一定条件下测定其总的工作噪声，然后去除 其中的一部分装备或控制这部分噪声传出，再按同样 试验条件测定试验对象的工作噪声，则去除这部分装 备前后试验对象噪声变化值，即被视作被拆卸或控制 传出装备的噪声的方法。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 消去测量法： ： 消去法去除部件噪声影响的措施有两种，即拆除该零 件或采用铅板等隔声效果好的材料屏蔽该零件。在实 际中常同时两种方法并用，互相补充，以充分暴露各 组成声源的噪声贡献量。 消去法被应用在整车噪声源识别和发动机噪声源识别 中。对于整车噪声源识别，一般用于识别排气噪声、 发动机噪声、轮胎噪声、传动系噪声等；发动机噪声 源识别中，一般用于识别风扇噪声、进气噪声、活塞 敲击噪声、配气机构噪声、燃烧噪声等。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 消去测量法： 消去风扇噪声：拆掉风扇，将百叶窗打开。 消除排气噪声：改装排气系统，在原消声器后加两个 大容积、高性能的消声器，并采用加长尾管引至外部 ，将消声器及排气管用石棉绳缠绕，防止噪声泄漏。 消除进气噪声：拆下空气滤清器，用长管从另一房间 接入进气。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 表面振动测定分析 表面振动测定法是通过测量出零部件表面振动，推算 其辐射噪声级的方法 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 近场测量方法 近场测量法，是让传声器接近被测量零件，以避免非 被测零件辐射噪声的影响，并以声级计指示值大小来 确定噪声源部位和主次的方法。 但该方法的测量精度受很多条件限制。因此，这种方 法通常用于汽车或发动机噪声源和主要发声部位的一 般识别或用作精确测定前的粗定位。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 通管测定方法 通管测定法是利用截面逐渐变化的通管，使其小端靠 近传声器，大端靠近某一声源而测出被测量件噪声的 方法。为防止外面噪声传入管内，通管一般用比重较 大的材料（如铅）制成并在内部粘附防止声音反射的 吸音材料。在和被测件接合处还放有聚氨酯类泡沫塑 料等软质材料。 采用该方法识别声源时，必须制做各种与被测零件形 状相符的通管，因而操作复杂，成本较高，效率也较 低。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 相干函数方法 在相关理论中，两随机信号之间的相关关系可以用互 相关函数来描述，并用相干函数来表示这两个随机信 号相关程度。故测取零件表面振动信号和外界噪声信 号，采用信号分析仪获取相干函数，即可根据其值判 断噪声是否是振动引起的,而判断出各声源来。 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 依维柯噪声测量分析 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 依维柯噪声测量分析 图所示为怠速工况下发动机悬置上方、 悬置下方和汽车车身表面测点处加速 度的频谱。从图中结果可知，虽然发 动机悬置已经大大衰减了发动机振动 向车架的传递，但是对于引起车身振 动的主要频率（24Hz和66Hz）处振动 能量的衰减却明显不够，这样就造成 在怠速情况下车身振动非常厉害，从 而使得车内舒适性明显降低 第二章 噪声测量分析技术 第三节 汽车噪声常用的测量方法 依维柯噪声测量分析 图为车静止情况下，发动机处于怠速 工况时车架测点处振动加速度和车身 测点处振动加速度的互谱图。从图中 结果可知，在车身的主要振动频率 （24Hz和66Hz，见上图）处，信号互 谱存在较大峰值，从而说明车身的振 动与车架振动在这两个频率下是非常 相关的。从而说明车身的振动能量是 车架通过横梁处的硬连接部位传递过 来的 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 我国噪声标准的发展 ISO国际标准化组织于1964年制定了噪声测定标准《声学－道路 车辆加速噪声测量－工程法》 ISOR362-1964 ( ISO3621981) 我国于1979年正式颁布车辆噪声标准 《机动车辆允许噪声》 GB1495-79 《机动车辆噪声测定方法》GB1496-79 进入80年代又陆续颁布了 《汽车道路试验方法通则》GB/T125345-90 《测量道路车辆噪声用试验路面的规定》ISO10844-1994 《机动车辆定置噪声测量方法》GB/T14635-93 《声学消声器测量方法》 GB/T4760-1995 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 GB1495-79噪声标准 车辆类型 标准dB(A) 1985年以前生产 1985年以后生产 载重车 < 3.5t 3.5t~8t 8t ~15t 89 84 90 86 92 89 轻型越野车 89 84 客车 <= 4t 4t~11t 88 83 89 86 小轿车 84 82 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 我国噪声标准 汽车分类 GB/T 15809-1994 《机动车辆分类》 M 客车 N 货车 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 我国噪声标准 M1类车 至少有四个车轮，或有三个车轮且厂定最大总质 量超过1t，除驾驶员座位外，乘客座位不超过8 个的载客车辆。 M1类车中设计乘员数不超过6人（包括司机）， 且最大总质量≤2.5的M1类车（即通常所指的轿 车） 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 GB1495-79噪声标准 M2类车 至少有四个车轮，或有三个车轮且厂定最大总质 量超过1t，除驾驶员座位外，乘客座位超过8个， 且厂定最大总质量不超过5t的载客车辆。 M3 GVM > 5t 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 我国噪声标准 N1类车 至少有四个车轮，或有三个车轮且厂定最大总量 超过1t，厂定最大总质量不超过3.5t的载货车辆。 3.5t < N2 <12t N3 >12t 最大总质量（GVM） 最大总质量是指汽车制造厂规定的技术上允许的 车辆最大质量。 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 我国噪声标准 日本标准及发展 欧洲标准及法规发展 1）欧洲噪声法规 2）ECE法规的发展 3）ECE法规内容 美国标准及发展 第二章 噪声测量分析技术 第四节汽车噪声标准及车外加速噪声测量 日本噪声标准及发展 加速行驶噪声限值 dB（A） 汽车分类 71 年 76 年 77 年 79 年 82 年 83 年 全轮驱 动车等 重型车 GVM>3.5t P>150kw 载货车 ← 92 89 ← 85 ← ← 客车 中型车 轻型车 小型车 GVM>3.5t P<150kw GVM<3.5t S≤10 全轮驱 动车等 载货车 客车 全轮驱 动车等 载货车 客车 S>6 S≤6 84 年 83 85 年 86 年 87 年 88 年 90 年 92.11.后[？年] 目标 ← ← ← 83 ← [10] 82 83 ← ← ← ← [10] 81 ← ← ← ← [6] 81 [10] 81 89 86 84 87 ← ← ← 83 82 注：GVM--最大总重量；S--包括驾驶员的乘员数。 86 81 81 ← ← 78 83 ← ← ← ← ← ← ← 78 ← ← ← ← 78 ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← [10] 80 [10] 76 （GVM<1 .7t 时 [7]） [10] 76 （GVM<1 .7t 时 [7]） [7] 76 [6] 76 加速行驶噪声限值 dB（A） 汽车分类 71 年 76 年 77 年 79 年 82 年 83 年 84 年 全轮驱 动车等 85 年 86 年 87 年 88 年 90 年 92.11.后[？年] 目标 ← ← ← 83 ← [10] 82 83 ← ← ← ← [10] 81 ← ← ← ← ← 重型车 GVM>3.5t P>150kw 载货车 92 89 ← 85 ← ← 客车 83 [6] 81 全轮驱 动车等 中型车 GVM>3.5t P<150kw 载货车 [10] 81 89 87 ← 86 ← 83 ← ← ← ← ← ← [10] 80 客车 ← [10] 76 （GVM<1 .7t 时 [7]） ← 客车 [10] 76 （GVM<1 .7t 时 [7]） S>6 [7] 76 全轮驱 动车等 轻型车 GVM<3.5t 载货车 ← 86 ← 83 81 ← S≤10 S≤6 84 ← 82 注：GVM--最大总重量；S--包括驾驶员的乘员数。 81 78 ← ← ← ← 78 小型车 78 ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← [6] 76 谢谢认真听讲