客车车内噪声控制措施初探
摘 要: 从客车车内噪声产生机理入手, 阐述在客车结构设计中综合运用吸声、隔声和阻尼减振技术控制车内噪声的基本思路和具体方法。
关键词: 吸声; 隔声; 阻尼; 控制
客车车内噪声极易使驾驶员和乘客感到疲劳, 对客车乘坐舒适性具有重要影响。因此, 在结构设计中综合采取一定的措施, 有效地控制车内噪声显得很重要。
1 车内噪声的产生机理
车内噪声产生机理如图1 所示。从声源来看, 车内噪声的来源主要有: 发动机噪声、进排气噪声、冷却风扇噪声等。车外噪声向车内传播的具体途径主要有两个: 一是通过车身壁板及门窗上所有的孔、缝直接传入车内; 二是车外噪声声波作用于车身壁板, 激发壁板振动, 并向车内辐射噪声。从振动源来看, 主要有两个方面: 发动机、底盘工作时产生的振动和路面激励产生的振动。后者频率较低, 对激发噪声影响较小。车身壁板主要由金属板和玻璃构成, 这些材料都具有很强的声反射性能。在车室门窗均关闭的条件下, 上述传入车内的空气声和壁板振动辐射的固体声, 都会在密闭空间内多次反射, 相互叠加成为车内噪声。
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从上述可知, 发动机、底盘、路面作为声源和振源均可激发车内噪声, 其传播途径可分为空气传声和固体传声两种, 其中由空气传播的噪声主要为发动机表面辐射噪声和气体流动噪声, 而固体传播的噪声主要为发动机、轮胎、路面及气流等引起车身振动而向车内辐射的噪声。
2 控制措施
车内噪声控制是一项比较复杂的工作, 达到控制目的的途径也是多种多样的, 但归结起来主要有三点: 减弱声源强度; 隔绝传播途径; 吸声处理。
(1) 减弱声源强度是控制车内噪声的根本。客车声源主要为发动机噪声、进排气噪声、冷却风扇噪声、传动系噪声等, 尤其是发动机噪声和传动系噪声。减弱这些声源强度途径有两条: 一是采用新技术, 改进结构, 提高其部件的加工精度和装配质量; 二是采用吸声、隔声、减振、隔振等技术, 以及安装消声器等, 以控制声源的噪声辐射。目前国内大多数客车制造厂所用发动机和三类底盘属外购件, 选用振动小、噪声低的发动机和底盘是解决车内噪声问题最简单的方法, 但由于目前我国大功率柴油机和大型客车专用底盘性能相对落后, 进口产品价格又太昂贵, 对发动机和底盘提出过高的要求是不现实的, 因此实际中常利用后一种措施来减弱来自声源的噪声强度。
(2) 隔绝传播途径是行之有效、最常用的降噪途径。常用的措施有: 隔振、隔声、提高车室密封性。对于大型客车, 合理选择和在适当位置布置隔振器来支承发动机, 可以使车内噪声降低3～ 8 dB (A )。另外, 对于变速器、传动系等运动部件的支承, 尽量引入弹性阻尼环节, 可避免引起客车结构的强烈振动。车室隔声对高频噪声较有效, 对低频噪声效果较差。为确保低频隔声的效果, 应选用面密度和阻尼均大的隔声材料。车室壁板上的缝隙与孔道, 可使噪声直接传入车内, 使壁板的隔声能力大大降低, 因此, 提高车室密封性也非常重要。
(3) 吸声处理也是降低噪声强度的常用方法。通常在噪声源周围布置一些吸收声能的多孔材料, 当声波进入材料孔隙时, 引起孔隙中的空气和材料的细小纤维波动, 由于摩擦和粘滞阻尼的作用, 将传播中的噪声声能转变为热能, 降低声能的反射量, 起到降噪的目的。多孔吸声材料的吸声系数与入射声波的频率有密切关系, 当声波处于低频时, 吸声材料孔隙中的空气在单位时间内的振动次数比较少, 对声波的衰减作用不大, 吸声系数很低, 随着声波频率的提高, 吸声材料孔隙中的空气在单位时间内的振动次数逐渐增大, 对声波的衰减作用也比较明显, 吸声系数逐渐增大。增加吸声材料的厚度, 可以提高低、中频的吸声效果, 但厚度增加到一定程度, 吸声系数增加就不明显了。另外, 在吸声材料的背后附加空气层也可以提高中、低频噪声的吸收效果。在实际的吸声处理中, 为有效吸收低频噪声, 通常采用较厚的吸声材料, 并在吸声材料背后附加空气层。
3 结构上的实际应用
在不改变发动机、底盘及车身基本骨架和蒙皮材料的前提下, 降低车内噪声的主要途径是控制噪声的传播和抑制车身蒙皮的振动。可在车身的结构设计中应用吸声、隔声和阻尼减振技术, 实现车厢内降噪目标。
3.1 前置发动机客车
由于结构上的限制, 噪声难以控制, 我公司主要采取以下措施:
(1) 提高发动机罩的隔振、降噪的性能, 罩体普遍采用玻璃钢材料, 提高刚度, 减小路面不平引起的罩体振动; 罩体内喷附防声阻尼材料(硬质聚氨酯发泡塑料) , 利用其独特的粘弹性能, 将吸收发动机振动的一部分振动能, 以“热”的形式释放出去, 达到减弱振动、抑制噪声的目的。
(2) 在发动机罩的下边沿固定龙骨胶条, 使罩体与罩框的接触成为弹性接触, 能有效衰减两者的撞击, 避免噪声的产生。
(3) 在发动机四周的地板骨架上焊接的一层薄钢板, 在发动机振动激励下, 极易发生共振, 为此在钢板上粘贴3 mm 厚自粘型阻尼沥青片, 使原弹性薄板构件变成为自由阻尼层结构, 成功控制了共振。
3.2 后置发动机客车
如图2 所示, 对车厢内部而言, 发动机舱内混响声场是一外部噪声源, 若能降低其噪声级必将有助于降低车内噪声。将发动机舱设计成一个吸音室, 在发动机舱的舱壁上粘贴高吸音系数的玻璃棉, 可显著降低噪声的辐射。对于隔墙, 尽量采用双层结构, 在隔声墙骨架两侧分别覆盖厚为2 mm 和1 mm 的薄板, 中间形成50 mm 厚空气夹心层。由于空气夹心层的作用, 这一结构的隔声效果突破了隔声“质量定律”的限制, 其隔声量估算经验公式为:
R= 18 lg (mA + mB ) + 12 lgf- 25+ $R
式中 mA、mB ——各层板的面密度; f——入射声波的频率; $R ——附加隔声量。
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两薄板间空气层厚度为50 mm , 经查表计算其附加隔声量超过5 dB (A ) , 该结构隔声量相当于6 mm 厚单层钢板隔声量。显然它有利于提高隔声效果, 且能节省材料。为拓宽其隔声频率范围, 在两板间再填以50 mm 厚的玻璃棉, 可取得更佳的效果。在实际设计中, 目前我公司采用这种双层结构, 在相应部位粘贴玻璃丝绵吸声隔热板, 大大降低了车内噪声。
3.3 减少部件尤其是板件的振动
结合实际, 主要采取以下措施:
(1) 顶蒙皮和侧围蒙皮采用预应力张拉工艺处理, 能有效提高蒙皮与骨架的贴合度, 避免客车在颠簸路面行驶产生鼓动噪声; 在顶蒙皮和侧围蒙皮的内侧粘贴隔声阻尼材料(如异型自粘海绵) , 使板件成为自由阻尼层结构, 减小共振。
(2) 大顶内饰板下坠(尤其是三合板) , 在崎岖路面上行驶容易鼓动, 为此在大顶骨架中线两侧合理布置纵梁位置, 于中线两侧固定两列螺丝或铆钉。
(3) 在车内安装体积较大的箱体时, 尽量提高箱体壁板的刚度, 如增加壁板的厚度或在壁板内面粘贴阻尼材料, 减少路面不平引起的鼓动噪声。
(4) 在车内附件设计中尽量减少难以锁止紧固的部件(如推拉门) , 以减少路面不平带来的振动。
(5) 安装电视机、饮水机等大件电器时, 在底座上增加橡胶座垫, 缓冲振动。
(6) 在舱门止口上卡压龙骨胶条, 在舱门两边增加缓冲块, 舱门锁止紧固, 无旷动, 尽量避免产生噪声。
(7) 车内各部件固定牢固, 避免行驶中因振动产生噪声。
3.4 提高车身密封性
车身密封性应从以下方面加以控制:
(1) 车窗密封严实, 减少车外噪声的传入; 高档客车采用全封闭车窗, 可避免车外噪声从车窗的传入。
(2) 加强车门的密闭性, 在结合缝隙处采用弹性密封胶条(双泡龙骨胶条) 进行密封, 尤其是折叠门上方的密封, 应在滑道内部增加成型胶条, 无论折叠门关闭还是横向滑动都与其紧密贴合, 外摆门的密闭性大大优于普通的折叠门, 目前在中高档客车上全部采用外摆门。
(3) 对于操纵杆、踏板等活动件, 安装橡胶护套等弹性件, 加强密封, 减少车外噪声的直接传入。
(4) 对于管线过孔处, 顶置蒸发器、顶风窗等与外部相连的接触处, 密封严密, 防止车外噪声的直接传入。
(5) 地板对接严密, 即在地板固定后, 在地板对接处, 地板与侧围等接触处, 进行打胶处理。
4 结束语
控制车内噪声的方法虽然很多, 但要做到有效控制车内噪声, 必须根据实际情况, 综合运用车内噪声控制方法, 才能营造一个高质量、舒适的驾乘环境。
参考文献:
[ 1 ] 何渝生1 汽车噪声控制[M ]1 重庆: 重庆大学出版社, 1994
[ 2 ] 何渝生1 汽车振动学[M ]1 北京: 人民交通出版社, 1990
[ 3 ] 徐芝纶1 弹性力学[M ]1 北京: 高等教育出版社, 1990
[ 4 ] 许林云, 等1 汽车发动机隔声舱的设计[J ]1 江苏理工大学学报, 1995 (4) 13～ 17
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