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汽车NVH综合技术:车内噪声对身心健康有何影响?

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:乘员长期感受车内噪声,对人体生理以及心理等方面都会产生影响。图9-28 车内噪声水平的变迁图9-29所示为车内噪声中的风噪、发动机噪声、轮胎噪声及其贡献量。如果车门的刚度不足,高速时在车门内外形成的压力差会引起车门的过大变形,产生缝隙,风噪声就会从这些缝隙进入到车内,使车内噪声恶化。因此,车速越高,风噪声占车内噪声的贡献量就越大,如前所述,当车速达到80km/h时,其比例已经占到约40%。

汽车NVH综合技术:车内噪声对身心健康有何影响?

虽然说货车以运送货物为主,但是和乘用车一样,它对乘坐舒适性、安静性等也有一定的要求,车内噪声目标近年来呈现更低的趋势。乘员长期感受车内噪声,对人体生理以及心理等方面都会产生影响。货车的音质以怠速时的车外噪声为主要问题,在行驶状态时车内噪声的音质,没有同乘用车一样严格的要求。另外,如果因零部件质量不良而造成的异响,应该在第一顺序采取措施予以解决,但同时它还是音质恶化的主要原因,所以也有将其划入音质问题范畴的倾向。

针对噪声方案,应该着眼于避免异音发生和实现目标值这两点。此处,以后者为主加以详细讨论。

图9-28所示为大型货车以80km/h的速度行驶时,车内噪声幅值历年来的变迁。在最近的10年里,有5~6dB的降低量。今后,随着轻量化和载重量需求的增加,影响车内安静性的不利因素越来越多,和以前一样程度的降噪难度也越来越大。但是,从另一方面来看,由于追求发动机的高性能化、经济性,过驱动驾驶等,而这些是对NVH性能的有利因素。综合以上所述。车内噪声达到65dB(A)将会是今后的发展目标。

对于乘用车来说,车内噪声幅值在最近的10年内降低了5~10dB,目前,以100km/h速度正常行驶的乘用车,车内噪声已经低到60 dBA的水平。当车内总体噪声水平很低时,相对而言,乘员对音质好坏的感觉就会很敏感,这也说明噪声水平低并不能代表音质好。

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图9-28 车内噪声水平的变迁

图9-29所示为车内噪声中的风噪、发动机噪声、轮胎噪声及其贡献量。发动机噪声中,除了发动机本体的放射噪声,还包括驱动系统噪声、进气噪声、排气噪声和冷却风扇噪声等与发动机旋转有关的各种噪声。当冷却风扇受发动机直接驱动时,也会成为主要的噪声源。另外,关于驱动系统噪声,变速器齿轮啮合噪声有着显著的周期特性,如果被评价为不合格,那么对于总体噪声来说,有时候可能会达到10~20dB的降噪目标要求。因此要保证其对总体噪声的贡献量控制在5%以下。

图9-29是以100km/h的速度行驶的小型货车车内噪声分析结果。在高速行驶时,风噪所占的比例逐渐加大,而在中低速时,发动机噪声占总体噪声的1/3以上。

另外,轮胎噪声的贡献量约占1/4,其中以胎纹噪声为主,当轮胎种类不同时,所发出的噪声也不同。

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图9-29 驾驶室内噪声贡献量

关于风噪,和风阻系数Cd(和驾驶室形状有关)相关,当Cd过大时,车身外部的空气流动产生湍流,成为强烈的噪声源。另外,驾驶室的遮音性能、车门周围的刚度对风噪的影响也很大。如果车门的刚度不足,高速时在车门内外形成的压力差会引起车门的过大变形,产生缝隙,风噪声就会从这些缝隙进入到车内,使车内噪声恶化。

车内噪声总的来说可以分为空气传播噪声和结构传播噪声两种。风噪和轮胎噪声以空气传播形式为主,而发动机噪声有两个主要的传播途径。

但是,对于有低频特性传递系统的货车来说,发动机所引起的结构传播噪声,是以低频为主,因悬置支架共振而引起的嘈杂噪声占主要成分的结构传播噪声的贡献量很小。因此,除掉部件干涉而产生的异常振动噪声以后,以放射噪声为声源的解决措施和对空气传播噪声的遮音方案,在设计中应该着眼于此。

对各种噪声源的设计要领在其他章节加以论述,此处,关于驾驶室的传递系统、放射系统的注意事项加以说明。

对于低噪声化设计的驾驶室,提高吸、遮音性能来改善空气传播噪声是有效的。而这些工作一般都是在工程后期执行的,在整车的开发计划中由于重量的要求而有诸多的限制。考虑车身轻量化的同时,有效地实现低噪声化设计,需要对各种内饰件进行优化配置。即对车内噪声贡献量大的部位使用防噪性能高的材料,而对贡献量低的部位则减少内饰件的使用,保证各个部位单位面积上的放射噪声均等。

设置吸声材料正确的流程如图9-30所示。

另外,为了了解各个部位的噪声传递损失,通常利用遮音法来测试。其结果如图9-31所示。搭载6缸发动机的中型货车,在底盘测功机上全负荷行驶,车辆的状态是未装配内饰件、装配内饰件以及装配部分内饰件共三个状态。对每个状态加以测试并计算出贡献量。在本例中,通过对未装配内饰件和全装配内饰的结果比较,可以看出在1.25kHz以上内饰件的作用非常明显,而对于1.25kHz以下,整车的遮音性能还有很大的可改善余地。

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图9-30 设置吸声材料正确的流程(www.xing528.com)

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图9-31 内饰件对整车遮音性能的影响

其次,考虑到轻量化,以单位面积上的放射噪声为评价指标,对各个部位的遮音性能进行评价,其贡献量分析结果如图9-32所示。

本例中,到3000r/min为止的平均频谱,对200~5000Hz范围内进行综合后的各部位的放射噪声密度进行评价。从结果中可以看出,后壁板件的放射噪声贡献量最高。

利用这种方法,求得内饰件有无时的放射噪声密度,其效果如图9-33所示。例中,仪表板和顶盖的遮音性效果还有提高的余地。另一方面,驾驶人脚下位置有较大的遮音效果,遮音材料还可以稍微减少一些。

与驾驶室形态有密切关系的风噪,其发生状态和驾驶室侧的设计对应,需要详细讨论。风噪一般都和车速相关,或者按照车速的4~5次方的比例关系增加。因此,车速越高,风噪声占车内噪声的贡献量就越大,如前所述,当车速达到80km/h时,其比例已经占到约40%。

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图9-32 隔板材料的贡献量

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图9-33 内饰件对放射噪声密度的影响

如图9-34所示,因车外气流紊乱而产生的风噪,分布在驾驶室周围,从车身的所有缝隙传递到车内形成车内噪声,那么,车身各个部位所传递的风噪比例可以通过计算求得。如图中所示,以中型货车为研究对象,将驾驶室整体分割为10部分,在风洞中以100km/h的速度进行实车试验,进而求得各部位的贡献量。另外,在消声室内利用传声器进行加振试验,也可以求得各个部位的遮音系数。在本例中,顶篷板件和前壁板件的贡献量最高。而各个部位的遮音性能也各有不同,要根据实际情况逐一采取改进措施。

发动机单体噪声级别,根据排气量、气缸数、发动机转速等参数总结出了一系列的经验公式,在开发阶段,可以利用这些公式来制定目标值。经验公式见表9-3。

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图9-34 车身各部位对风噪声的贡献

表9-3 发动机噪声目标

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式中,n为发动机转速(r/s);B为气缸直径(mm)。

近年来,为了追求舒适性并兼顾到轻量化、高性能化要求,在参考上述目标值的基础上,要求越来越严格。为此,细化噪声产生的部位、明确贡献量,以及与其相对应的更为详细的改进措施的研究,在汽车开发过程中得到了越来越多的应用。

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