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浅谈中巴客车噪声综合治理

［摘 要 ］ 本文简要分析与论述了汽车噪声的产生原因和传播机理，以及控制噪声的有效途径。介绍了广汽集团客车公司柴油发动机中巴客车降低噪声综合治理的措施和取得的成效。
［关键词］ 汽车噪声 机械震动 噪声控制 中巴客车 降噪综合治理

近年来，随着汽车的迅速发展和普及，以及人们环保意识的加强，对汽车乘坐舒适性要求的不断提高，国内外对汽车噪声的要求越来越严格，汽车噪声问题已受到普遍的重视。
控制噪声，不仅关系到乘坐舒适性，而且还关系到环境保护。而噪声又源于振动，振动能够引起某些部件的早期疲劳损坏，从而降低汽车的使用寿命。过高的噪声既会损害驾驶员的听力，还会使驾驶员迅速疲劳，从而对汽车行驶安全性也会构成极大的威胁。所以噪声控制，也关系到汽车的耐久性和安全性。
一、 汽车噪声概述
1-1汽车噪声的成因
根据噪声源发声机理通常将噪声分成三类：机械噪声、空气动力噪声和电磁噪声。机械噪声往往由于机械部件的振动、撞击、摩擦、不平衡等造成。空气动力噪声是由于气体流动中的相互作用或与固体间的作用而产生的。电磁噪声则是由于电磁场的交变造成机械部件或空间容积的振动而产生的。
汽车是一个具有不同性质噪音的综合噪声源，其主要噪声源的构成是：
（1）发动机及动力总成噪声(燃烧噪声)， 在汽油机中，发生爆燃和表面点火等不正常燃烧时，将产生较大的燃烧噪声。柴油机燃烧噪声是燃烧室内气压急剧上升，致使发动机各部件震动引起的噪声。
（2）底盘系统噪声(传动系噪声、各部件的连接配合引起的噪声)，是运动件之间以及运动件与固定件之间周期性变化的机械运动而产生的噪声，与激发力大小，结构因素有关。
（3）电器设备噪声(冷却风扇噪声、汽车发电机噪声)。
（4）车身与整车噪声(如车身结构、造型及附件的安装不合理引起的噪声)。
（5）汽车轮胎在高速行驶时，由于轮胎在地面流动时，位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的泵气声，以及轮胎花纹与路面的撞击声，也会产生较大的噪声。
其中，发动机噪声占汽车噪声的50％以上。因此，发动机的减振、降噪是汽车噪声控制的关键。
1-2汽车噪声的控制
根据噪声产生和传播的机理，通常把汽车噪声控制技术分为以下三类：
（1）对噪声源的控制；
（2）对噪声传播途径的控制；
（3）对噪声接受者的保护。
其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施。包括降低噪声的激振力及降低对激振力的响应等，即改造振源和声源。但是对噪声源难以进行控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。
对于客车降低噪声，选用低噪声发动机、底盘解决客车噪声是最为简便有效的方法。但目前我国车用内燃机与客车专用底盘性能相对落后，对发动机及底盘提出过高要求是不客观的。在不改变发动机、底盘的前提下降低客车噪声的主要途径是控制噪声的传播和抑制减弱机械噪声源的震动。故在客车结构中采用合理的降噪措施，实现客车噪声的控制是现实可行的。
二、 汽车噪声的限值
发达国家及地区，对汽车噪声都有日益严厉的法规规定。欧洲客车外部噪声必须降到74dB（A）以下，日本法规规定，小型汽车在今后6年内噪声标准控制在76 dB（A）以下。我国目前有关汽车噪声限值资料见附表1，其中大客车的车外加速行驶噪声限值为83dB（A）、中型客车为80dB（A）。此外，GB7258-2002规定汽车驾驶员耳旁噪声应≤90dB（A）、GB7258-2004要求客车以50Km/h速度匀速行驶时，车内噪声不应大于90dB（A）。可见，我国在汽车噪声控制方面与国外先进水平尚有较大的差距。
按上述国标规定，客车新车型的定型认证都需要进行加速行驶车外噪声和驾驶员耳旁噪声、以及50Km/h匀速行驶车内噪声的测定，各项噪声指标需要控制在限值内。

附表1 GB1495-2002汽车加速行驶车外噪声限制
汽车分类
噪声限值dB（A）
第一阶段
第二阶段
2002.10.1.~2004.12.31. 期间生产的汽车
2005.1.1.以后生产的汽车
不超过九座载客汽车
77
74
超过九座最大总质量≤5T载客汽车 或最大总质量≤3.5T载货汽车 最大总质量≤2T 2T＜最大总质量≤3.5T载货汽车
78 79
76 77
超过九座3.5T＜最大总质量≤5T载客汽车或最大总质量＞5T载客汽车 P＜150Kw P≥150Kw

82 85

80 83
3.5T＜最大总质量≤12T载货汽车或 最大总质量＞12T载货汽车 P＜75kw 75kw≤P≤150Kw P≥150Kw

83 86 88

81 83 84

三、 柴油发动机中巴客车噪声的综合治理
广汽客车公司前置发动机中巴客车，使用客户多为旅游、商务及团体单位，对车辆噪声及舒适性有较高的要求。
中巴客车搭载柴油发动机后，由于柴油机的震动与噪声远高于汽油机，造成中巴客车的车外加速和司机耳旁噪声超出相应的国标限值（见表3），市场反映也比较强烈。故此，柴油机中巴客车降噪成为公司一项重要的攻关课题。
近年来，笔者主持或参与了中巴客车降低噪声综合治理攻关各项工作。针对与柴油机中巴客车车内及车外加速噪声高的相关问题，实施了以下降噪措施：
3-1发动机噪声控制与治理
由于发动机仓的噪声由发动机本身、变速箱、空滤器、消声器、空调压缩机、水箱风扇等单机噪声组合的混响噪声，是车辆最主要的噪声源。故此，发动机仓必须具有吸声、隔声、降噪的良好性能，才能满足柴油发动机客车的降噪需要。所以，我们将发动机仓的降噪改进作为中巴客车降噪的主攻项目。
（1）发动机仓的降噪改进
原发动机仓结构由发动机罩与前地板各自独立合成，分别采用多件薄铁板拼接制作，然后用螺栓将发动机罩连接在前地台板上。工艺虽简单，但板件拼接处以及螺栓连接处难免有缝隙，缝隙越多，隔音降噪效果越差。柴油发动机的噪声通过缝隙直接进入车厢，或向四周传播，造成中巴客车车内、车外噪声大超出国标限值。
消除缝隙，是抑制噪声传播途径有效方法之一，我们制定了制作整体式发动机罩与前地台板方案。将前地板与发动机罩分别由整件板材压制成型后，再将两者用全焊缝焊接相连，形成整体式发动机罩与前地台板。发动机罩连同前地台板周边形成一个完整的密封区域，完全消除了缝隙。隔声效果很好，抑制了噪声经缝隙进入车厢，使车内噪音有较明显下降。
（2）选用合理高效吸隔音材料
由于发动机仓是单机噪声组合的混响噪声，噪声频谱显示其具有低、中、高频混合噪声。原发动机仓采用喷涂20mm厚聚氨酯发泡吸声隔热层，外贴3mm厚锡箔纸+厚橡胶海绵保护层。单一的聚氨酯发泡降噪材料层是难以取得理想的降噪效果，远远不能满足柴油发动机的吸声降噪需要。故此，发动机仓需要设置性能更强的吸声、降噪、阻尼复合材料层。
图1 发动机仓强化吸声降噪材料层结构图
在反复探索比较后，我们采取在发动机仓内壁喷涂厚20mm聚氨酯发泡材料基础上，增加粘帖4层25mm厚聚氨酯海绵复合材料，作为发动机仓的强化吸声降噪材料层，如图1所示。其中多孔吸音层依靠材料内部无数细小而深入内部的互相贯穿的孔洞来吸声，当声波入射到材料表面，进而入射到小孔的孔隙内，受到孔内的摩擦和粘滞阻力，使声能变为热能而消耗掉。而橡胶阻尼材料层，则增大噪声衰减率，减少声辐射。
（3）为进一步加强吸声、隔声、降噪效果，在前地板与地板胶革之间增加3mm厚度的LE3沥青质减震阻尼胶垫。
（4）增加按前地台板及发动机罩形状制作的10mm厚具有吸音、隔热性能整体成型的仿羊毛毡+人革胶垫覆盖其上。
（5）发动机排气岐管到消声器入口的一段管路，采用柔性波纹管，减震及降噪效果明显，可有效阻止排气管噪声沿管壁直接传向消声器。我们在全部柴油发动机中巴客车排气管前段，串接一段长250mm耐热不锈钢柔性波纹管。实车装用证明对震动、噪声降低都有一定效果。
（6）确保发动机安装平顺减震良好
图2 高刚度压缩式胶垫 图3低刚度倾斜式胶垫
发动机悬置是发动机动力总成与车架之间的弹性连接元件，发动机的震动可以直接通过悬置元件传递到车架，进而影响整车的震动性能。合理选择悬置参数对抑制减弱震动传递作用非常重要。反之，将引发车厢、地板、座椅的震动，加剧车厢内共震噪声。
柴油发动机中巴客车车内震动较大，发动机低速时异常震动特别明显。经观察分析，发现柴油发动机悬置采用的是蘑菇状压缩式货车用悬置胶垫（见图2），其刚度偏高、隔震性能较差，不适合柴油机中巴客车使用。我们根据中巴客车悬置软垫的实际负荷，重新选择降低刚度的倾斜式悬置胶垫（见图3）。悬置胶垫刚度由原187N/mm改为99N/mm，橡胶邵氏硬度由原52改为45，悬置胶垫的动、静刚度降低，悬置的隔震性能得到大幅改善。改进后的车辆，车内异常震动完全消失，降低了对车辆震动及噪声的影响。
对发动机实施设置上述降噪综合治理措施后，实车测量车内、外噪声下降约2dB（A）。
3-2 冷却系统的降噪改进
冷却系统噪声是中巴客车的另一个重要噪声源，风扇是冷却系统的主要噪声发生器，风扇转速是影响噪声的关键因素。试验表明，如转速加倍，风量基本加倍，而噪声将增加15dB（A），即声功率按32的倍数增加。在满足一定的冷却需求及合理布置的前提下，增大风扇直径，降低转速，可使噪声得到控制。对原有冷却系统采取的降噪措施有：
（1）柴油发动机中巴客车全部切换冷却效能更高的铝质水箱散热器，散热面积由16.5m2加大为18.1 m2。
（2）经与发动机生产厂家协商，要求将风扇直径由φ425 mm加大为φ450 mm，风扇传动比由0.85改为0.91，风扇转速下降 约9.2%。样车经发动机热平衡试验,冷却系统满足各种工况要求。
（3）中巴车前置柴油发动机全部采用硅油自动离合器风扇。在车辆行驶中，需要风扇工作的时间一般不到1 0％ 。因此，装用风扇自动离合器，使风扇在需要时才开启，即可减少功率消耗，同时还能降低一定的噪声。
（4）安装工艺的改进
经实车观察，风扇护风罩与散热器上下结合面有较大的空隙存在，风扇工作时，由于护风罩内的压力低于大气压力，从空隙进入的空气不仅未参与散热器的冷却，还将使高频率的缝隙噪声增加。对此，采取将护风罩安装结合面较明显的不平整处打磨平整，增加粘帖海绵橡胶垫片堵住护风罩与散热器上下水室结合处的空隙。改进后通过散热器的风量约增加5%，缝隙噪声基本消失。
风扇与散热器、导风罩组合工作时，除推动空气外，风扇还需使空气升压以补偿通过散热器造成的压力降，引起噪声的迅速增大。风扇叶尖与护风罩的间隙减少，风量会
增加，噪声将降低。但为防止干涉，两者间隙需要控制在8~12mm之间。我们通过设置椭圆螺栓孔和加减垫片的方法，安装时尽可能使两者对中，避免叶尖与护风罩间隙不均匀，使风扇抽风效果处于最佳状态，风扇噪声也相应较低。
冷却系统实施上述降噪措施，降噪效果明显，对整车噪声下降有1~2 dB（A）贡献。
3-3选用低噪声后桥
中巴客车后桥采用普通主被动齿轮后桥，由于齿轮热处理变形大，齿轮啮合精度差，后桥整体噪声高，噪声一般≥87db(A)以上。经常会出现类似飞机鸣响声的后桥异响，影响舒适性和增加车辆噪声。
经与车桥生产厂家协商，要求后桥改用高精度精磨齿主被动齿轮，提高齿轮啮合精度，后桥噪音控制在≤84dB（A），噪声水平大幅下降。
新开发的GZ6700J和GZ6750F后置柴油机中巴客车，我们选用进口南韩客车专用精研磨主被动齿轮后桥，后桥噪声达到≤70db（A），大大低于国内同类产品。样车路试证实该后桥噪声非常低，对降低中巴客车底盘噪声有较为可观的贡献。
3-4传动轴震动与噪声的改进
图4 安装成明显Z状三段式传动轴

广汽中巴客车普遍存在传动轴异响震动，车速越高异响震动越严重。同时，引发车厢地板高频率震动，影响舒适性和加剧车辆噪声。
图5 改变中间支承位置调正传动轴
我们选择部分传动轴异响震动车辆进行分析查找原因，将车辆后桥支撑使后轮悬空，启动发动机驱动后轮转动，传动轴异响及地板震动感仍存在。观测传动轴中间支撑处震动与后桥支起前变化不大。因此，可排除悬架、后桥及车轮的问题影响。经向生产厂家确认，传动轴动平衡符合设计技术要求，即可排除传动轴动平衡的影响。
我们对目测偏离对中安装明显的传动轴，通过调整中间支承使其符合设计安装要求（在平行于车架平面，变速箱、前、中段传动轴中心为同一直线上，后段传动轴向后桥倾斜）。路试时传动轴异响震动有减轻，但高速时仍有较严重异响震动。
继续调整中间支承，使变速箱法兰、前、中、后段传动轴、后桥法兰中心处于同一直线，路试时传动轴异响震动完全消失，试验车速超出100Km/h时同样非常安静平稳。
图6 三段传动轴处于同一直线的对中式设计
试验表明，传动轴不对中安装设计是传动轴异响震动的根源。后段传动轴与中段、前段传动轴不在同一直线，或者安装误差使三段传动轴呈Z形（见图4），造成传动轴在长度方向的质量分布不均匀，形成传动轴新的不平衡，旋转中产生与传动轴旋转频率相一致的震动，传动轴旋转一周，不平衡质量引起一次震动和异响。
我们对中巴客车三段式传动轴设计安装修改为前、中、后段传动轴中心对中式安装，严格控制安装工艺，确保三段传动轴不出现Z形状态。经过以上改进，中巴客车传动轴异响震动已完全消失，为整车降噪作出贡献。
3-5空调蒸发器风机降噪改进
图7 中巴车顶内置蒸发器进风口栅格
蒸发器就是一个热交换器，高压的液态冷媒通过膨胀阀进入蒸发器，由于膨胀阀的雾化作用，使液态的冷媒变成雾状，雾状的冷媒在低压条件下转变为气态，在转变的过程中会吸热，所以此时蒸发器是凉的，风通过后，就变成凉风，实现车内制冷的目的。
中巴车空调蒸发器安装内置在驾驶员上方车顶（见图7），蒸发器三把风机的运转，直接影响车内噪声与驾驶员的听觉感受，是车内噪声偏高的主要原因。
图8 小叶轮风机空调蒸发器
我们经与厂家沟通，确定试验改用小叶轮风机的降噪方案。小叶轮风机叶轮直径减少十分之一（见图8），转速略为提高5%，使总风量仅减少12%左右。经实车验证，可以满足车辆空调温度调节使用要求，但蒸发器风机噪声却大大下降。
改进前、后蒸发器风机噪声测量数据见附表2。由表中可见三种静压状态下的3点平均噪声降低约3dB（A）。对整车及车内噪声降低有较大贡献。
附表2 蒸发器风机改进前后检测结果汇总表
检测项目

ZHF196D蒸发风机总成
（改进前）
静压（Pa）
风量（ m3/h）
转速（rpm）
3点平均噪声dB（A）
0
2613.1
3190
77.3
100
2209.9
3324
75.3
200
1753.6
3453
74.3
ZHF196D1蒸发风机
小叶轮总成（改进后）
0
2291.1
3342
74.5
100
1887.0
3490
73.0
200
1452.6
3630
70.5
3-6车身降噪改进综合治理
中巴客车外形采取仿考斯特造型，具有流线型、大圆角光滑过渡，是一款市场欢迎的造型。为配合柴油机中巴客车噪声综合治理的需要，在不改变车身基本骨架和蒙皮材料的前提下，车身降低噪声的主要途径是控制噪声的传播和抑制车身蒙皮的震动。
经分析确定在车身具有降噪改进空间的以下方面，采取进一步降噪治理改进或加强措施：
主要种类
材料实例
使用情况
吸音性能
蜂窝材料
聚氨酯海绵
PU及与铝箔和无纺棉的复合材料
装配式施工、多用发动机仓、车厢、不自燃、但易吸水。
吸音系数较高（见图9）
泡沫材料
聚氨酯发泡
聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料
吸声性能不稳定，用前要实测。
一般（见图9）
附表3 车厢二种吸声降噪材料使用情况对比

（1）中巴客车车身为方管及槽形型材焊接框架结构，外侧为薄钢板成型件点焊连接，内侧为PVC薄板装饰件，在车身框架、顶盖内外蒙皮空间喷注填充聚氨酯发泡消声隔热材料。由于聚氨酯发泡材料，厚度参差不一，发泡效果难以控制，其吸音降噪性能不稳定。为强化柴油机中巴客车降噪治理综合效果，我们通过对客车常用的二种吸音降噪材料使用性能对比（见附表3），综合考虑工艺、成本、环保、效果。确定改用吸声、降噪效果更好的5mmPE+30mm蜂窝状海绵新型隔热降噪材料。蜂窝状海绵隔热降噪材料吸声系数高，可以很好的吸收、消弱车辆噪声，减弱蒙皮在车辆行驶

中的震动（见图9）。其隔声、隔热、阻尼、减震效果都比聚氨酯发泡的效果更好，经批量试用效果良好。
（2）车厢内蒙皮装饰板原为PVC薄板外包贴人革，基本没有吸音降噪功能。将其改为吸音降噪效果较好的PVC板外包人革+5mm厚人造毛毡。
图9
（3）轮罩上部增加覆盖3mm厚沥青质吸音隔热阻尼胶，外包人革+5mm厚人造毛毡，外部增加喷涂沥青漆阻尼胶，以吸收、消弱四轮在行驶时产生的噪声。
图10 车厢地板底部铺设的消声隔热减震材料
（4）车厢地板下方是车辆底盘噪声的汇集处，原车厢地板下方没有任何吸音降噪材料，吸声降噪功能非常薄弱。我们改为在全车地板下方增加粘帖一层10mm厚带微孔锡箔纸的消声隔热减震阻尼复合材料板（见图10、11）、在地板下方侧围裙边喷涂沥青阻尼漆，大大加强对地板下方底盘噪声的吸收降噪。
（5）改进车厢地板的铺设工艺，车厢中间地板由原用两件竹胶合板，改为专门定制尺寸的一件整体板。减少板块拼接的缝隙，减少噪声通过缝隙传入车内。
1-12mm竹胶合板 2-地板革+毛毡层3-沥青胶层 4-消声隔热阻尼垫 5-带微孔锡箔纸
图11 改进后车厢地板吸声降噪材料结构图
（6）车身地板与车厢骨架搭接处、铺设地板平面要焊平，搭界和焊疤要磨平，地板压缝挤胶高度宽度要一致，均匀连续挤涂。对因开料尺寸误差造成的对缝间隙，用密封胶挤涂填平。确保车厢密封隔音及防尘。
中巴客车车厢经过采取以上降噪强化措施，通过实车测试，整车噪声下降约1~2 dB（A）。
四、 结束语
柴油机中巴客车采取以上噪声控制综合治理，整车噪声下降2~3 dB（A），车外加速噪声基本控制在77~79dB（A），驾驶员耳旁噪声82~84 dB（A），50Km/h匀速行驶车内噪声76~78dB（A）（见附表4），已实现达到符合国标有关中型客车噪声限值的目标。

车外加速 噪声dB（A）
驾驶员耳旁 噪声dB（A）
50Km/h匀速 噪声dB（A）
国标限值
80
90
90
降噪综合治理前
80~82
88~90
83~85
降噪综合治理后
77~79
82~84
76~78
附表4 柴油机中巴客车综合降噪治理前后噪声对比
基于客车生产厂家的条件，主要从整车布置、相关总成附件、及其匹配方面进行降低噪音的综合治理工作，采取的是对噪声的传播途径的控制，以设法控制降低噪声，但效果十分有限，往往事倍功半。
发动机、车桥、变速箱、轮胎等主要配套件是构成整车最根本、最直接的噪声源的重要部分。客车要进一步降低噪声，配套厂家必须提供更低噪声的配套产品，以及大力推广应用降噪新技术、新材料、新工艺、新产品。
与国外发达地区相比，我国客车噪声水平仍处在较高水平。降低客车噪声仍是整车生产及配套厂家共同努力的目标，也是一项责无旁贷的社会责任。
五、致谢
在杨鑫、潘向民老师指导下，本人完成了论文。这次机会，是对自己在客车制造行业工作多年来，曾经投身并为之努力的中巴客车降低噪声技术攻关工作进行的总结。仅希望这些肤浅的见解，能发挥抛砖引玉的作用，为客车的降噪工作做些贡献。
谢谢老师！

参考文献
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