某牵引车驾驶室噪声分析及优化.pdf

第 卷 第 期 年 月内燃机与动力装置 .收稿日期:第一作者简介:董福祥()男山东烟台人工学硕士工程师主要研究方向为整车及发动机:.:./.某牵引车驾驶室噪声分析及优化董福祥丁保安张新众刘春燕薛厚强.内燃机可靠性国家重点实验室山东 潍坊.潍柴动力股份有限公司山东 潍坊 摘要:为解决某牵引车发动机转速为 /时驾驶室轰鸣问题通过声振测试和有限元仿真对轰鸣现象进行研究并对噪声传递路径进行优化 结果表明:受空压机 阶次进气气体激励影响进气管振动经进气管软垫传递到驾驶室进气管振动频率 与驾驶室声腔模态频率 耦合引起共振造成驾驶室轰鸣 采用刚度较低的进气管软垫进气管固有频率由 降为 避开了驾驶室声腔模态耦合频率降低进气管传递到驾驶室的振动改善驾驶室轰鸣问题关键词:驾驶室声腔模态轰鸣噪声阶次分析空压机中图分类号:.文献标志码:文章编号:()引用格式:董福祥丁保安张新众等.某牵引车驾驶室噪声分析及优化.内燃机与动力装置():.():.引言随着商用车行业的快速发展对商用车噪声、振动、声振粗糙度()性能要求逐渐提高 若驾驶室内噪声轰鸣会使驾驶员感觉不适导致恶心头晕加速驾驶疲劳存在安全问题 驾驶室内噪声源主要为发动机噪声、进气噪声、路噪、风噪通常采用传递路径分析、模态分析、相关性分析、仿真边界法等研究解决驾驶室轰鸣问题 杨年炯等通过在进气管中并联谐振腔降低了进气噪声和进气管振动有效改善进气工况下驾驶室内轰鸣 谭延峥等设计了一种多腔型的共振消声器消除宽频带噪声通过有限元软件仿真计算及整车试验验证结果表明这种多腔型共振消声器对进气系统降噪效果明显消声量达到 丁保安等采用声振测试和仿真方法通过优化传动轴的剩余不平衡量改善了传动轴激励导致的驾驶室轰鸣问题 杨仕祥等利用阶次分析和模态分析研究发动机振动经悬置软垫传递到驾驶室引起的轰鸣噪声并基于遗传算法优化动力总成悬置系统改善驾驶室轰鸣本文中针对某牵引车驾驶室轰鸣问题结合声振测试和有限元仿真计算从噪声源、传递路径、频率响应等方面进行分析优化噪声传递路径有效解决驾驶室轰鸣问题 驾驶室轰鸣分析.主观感受某牵引车装配 缸直列 冲程发动机进气管位于驾驶室的右后侧整车怠速转速为 /最高转速为 /发动机缓升速工况(缓慢踩下油门踏板 内发动机转速从/匀速上升到 /)更容易使车辆产生激励异响或异常振动采用原地缓升速工况主观评价驾驶室轰鸣现象 结果表明:在发动机转速为 /时轰鸣噪声明显压耳感强烈副驾驶位置轰鸣比主驾驶位置突出.噪声测试在发动机进气口、副驾驶左耳旁和主驾驶右耳旁 个测点(记为测点、)位置上安装噪声传感器进行噪声测试测点位置如图 所示 试验设备有数据采集前端、三向加速度传感器、麦克风、麦克风标定器及相应的连接线束 其中振动传感器灵敏度为./(为自由落体加速度)测点 )测点 )测点 图 噪声测点位置图 原地缓升速工况驾驶室测点噪声曲线整车原地缓升速工况时驾驶室测点、的噪声曲线如图 所示由图 可知:噪声声压级(以 计权)在发动机转速为、/时存在较大波动转速为 /时测点 处噪声声压级大于测点 处对测点 的振动噪声进行阶次分析如图 所示 由图 可知:发动机转速为 /时驾驶室内轰鸣噪声受发动机.阶次激励影图 原地缓升速工况测点 噪声曲线阶次分析响较大由于该牵引车为 缸发动机.阶次为发动机的燃烧激励 转速为 、/时驾驶室内轰鸣噪声受发动机 阶次激励影响较大 由于发动机转速/为不常用转速对驾驶室内噪声影响较小应重点分析发动机 阶次激励原地缓升速工况时测点、的噪声频谱图如图 所示由图 可知:测点、均在发动机.阶次和.阶次的声压级较高驾驶室在振动频率 左右存在共振 在转速为 /时测点 处.阶次声压级明显高于测点 该发动机采用双缸空压机空压机气体激励频率 (/)()式中:为发动机转速/为空压机曲轴相对于发动机曲轴的速比.为空压机缸数根据以上分析可得.阶次为空压机气体激励 经以上分析可得:发动机转速在 内燃机与动力装置 年 月 第 卷 /时空压机.阶次激励是驾驶室轰鸣的主要激励源驾驶室振动频率为.时空压机激励引起共振导致轰鸣图 原地缓升速工况各测点的噪声频谱图 驾驶室声腔模态分析关闭驾驶室门窗时驾驶室为一个封闭的空腔空腔内部封闭空气作为一个弹性体产生声腔模态该声腔模态存在模态频率和模态形状以具体的声压分布为特征当封闭的空气受到压缩时体积变化产生阻抗与车身结构振动模态耦合 当声腔模态在低频耦合响应过大时在车内产生很高的压力脉动导致驾驶室轰鸣引起人体不适甚至出现头晕、恶心等症状影响车辆的舒适性.有限元理论基于声学理论对声腔模态进行分析时主要分析声腔的模态振型和模态频率其中空气刚度和空气质量是重要输入参数无阻尼、无外在载荷下声腔模态波动方程为:()式中:为流体等效质量矩阵为流体等效刚度矩阵 为声腔节点声压向量声腔模态波动方程的有限元矩阵特征方程为:()()式中:为声腔模态频率图 驾驶室有限元模型.有限元分析采用 软件导入驾驶室声腔模型进行有限元分析前处理并对模型进行网格划分驾驶室有限元模型如图 所示结合 .软件计算驾驶室各阶声腔模态第一阶声腔模态频率为 声压无变化第、阶声腔模态振型如图 所示 仿真计算驾驶室、阶声腔模态频率分别为.、.、.驾驶室 阶声腔模态频率与驾驶室共振频率(.)接近第 期 董福祥等:某牵引车驾驶室噪声分析及优化 )第 阶 )第 阶 )第 阶图 第、阶声腔模态振型.明确激励源将 的软管连接到空压机的进气口上引走空压机的进气气体噪声排除进气管对进气气体噪声辐射的干扰 整车原地缓升速工况时测点 的噪声频谱图如图 所示驾驶室测点 引走空压机进气气体噪声前、后的噪声曲线如图 所示 图 测点 噪声频谱图 图 测点 噪声曲线对比由图 可知引走空压机进气气体噪声后测点 噪声频谱图中.阶次声压级明显降低声能量明显减弱 由图 可知引走空压机进气气体噪声后在转速 /时测点 噪声声压级明显降低最大可降低 耳旁噪声明显减小有效改善驾驶室轰鸣问题.传递路径排查振动噪声的传递路径分析可用于识别和评价能量从激励源到某个接收位置的各个结构传播和声传播的传递路径其包括空气声传递和结构声传递空气声传递路径为车身的吸声装置和隔声装置结构声传递通过车身接触点将振动能量传递到车内 排查驾驶室结构声传递路径在上支架进气管端安装传感器记为测点 整车原地缓升速工况时测点 位置及振动频谱图如图 所示 )位置 )振动频谱图图 测点 位置及振动频谱图 内燃机与动力装置 年 月 第 卷由图 可知:进气管受空压机 阶次激励影响进气管振动经软垫传递到驾驶室发动机转速为 /时进气管振动频率为 与驾驶室声腔模态频率.耦合产生共振取下进气管与驾驶室间的连接软垫断开进气管与驾驶室的传递通过辅助支架保持进气管位置不变取下连接软垫前、后测点 噪声频谱图和噪声曲线分别如图、所示 )断开软垫前 )断开软垫后图 测点 断开连接软垫前、后噪声频谱图图 测点 断开软垫前、后噪声曲线由图 可知:取下软垫后驾驶室测点 噪声频谱图.阶次颜色明显变浅噪声声压级降低声能量减小 由图 可知:取下进气管与驾驶室连接软垫后发动机转速为 /时测点 噪声声压级明显降低最大可降低 改善方案验证经以上分析可知进气管和进气管软垫将空压机.阶次进气气体激励传递到驾驶室时由于进气管固有频率与驾驶室声腔模态频率耦合产生共振导致驾驶室轰鸣 可从以下方面进行优化:)从激励源出发优化空压机本体或增加波长管进行降噪但成本高且周期长)从响应频率出发改变驾驶室结构优化驾驶室的声腔模态难度大且成本高)从传递路径出发通过更改进气管约束改变进气管的局部模态降低进气管振动能量成本低且效率高 以上 种优化方案都可以有效地解决驾驶室轰鸣问题基于成本和效率的角度选用优化传递路径方案 更换进气管软垫降低软垫刚度采集整车原地缓升速工况下更换进气管软垫后测点 的噪声频谱图及测点 的振动频谱图如图 所示更换进气管软垫前、后测点 的噪声曲线如图 所示 )测点 )测点 图 更换进气管软垫后测点 的噪声频谱图及测点 的振动频谱图由图 可知:采用刚度较低的进气管软垫进气管固有频率由.降低为.有效避开第 期 董福祥等:某牵引车驾驶室噪声分析及优化 图 测点 更换进气管软垫前、后的噪声曲线驾驶室声腔模态频率防止共振发生软垫刚度降低提高了软垫的隔振率减小了进气管传递到驾驶室的振动由图 可知:更换进气管软垫后发动机转速为 /时测点 噪声声压级最大可降低 明显改善驾驶室轰鸣问题 结论)针对某牵引车在发动机转速为 /时驾驶室轰鸣问题采用声振测试及有限元仿真确定进气管受空压机.阶次进气气体激励作用产生的振动经进气管软垫传递到驾驶室在发动机转速为 /时进气管固有频率为 与驾驶室的声腔模态频率.耦合产生共振导致驾驶室轰鸣)针对异常振动噪声问题从激励源、传递路径、频率响应 个方面进行仿真分析及试验测试可以高效、准确地确定问题原因 考虑成本和快速解决问题从传递路径上进行优化采用低刚度进气管连接软垫减少进气管传递到驾驶室的振动噪声声压级最高可降低 改善驾驶室轰鸣问题参考文献:李洪亮丁渭平王务林.汽车噪声控制技术的最新进展与发展趋势.汽车技术():.():.庞剑谌刚何华.汽车噪声与振动:理论与应用.北京:北京理工大学出版社:./.:.刘显臣.汽车 综合技术.北京:机械工业出版社:.杨年炯陈果石胜文.某商用车驾驶室轰鸣声控制.科学技术与工程():.谭延峥李舜酩程春等.一种进气消声器设计及其在拖拉机中的应用.噪声与振动控制():.丁保安邬忠永李秀山等.车内轰鸣现象研究及优化.内燃机与动力装置():.杨仕祥史文库陈志勇等.某商用车轰鸣问题的分析与控制.汽车工程():.庞剑.汽车车身噪声与振动控制.北京:机械工业出版社:.王登峰李未陈书明等.动力总成振动对整车行驶平顺性的传递路径分析.吉林大学学报(工学版)(增刊):.颜伏伍郑灏卢炽华等.微型客车轰鸣噪声源的识别与控制.汽车工程():.:(下转第 页)内燃机与动力装置 年 月 第 卷 周洋刘小君王伟等.唇式密封圈摩擦特性及泵吸效应的实验研究.润滑与密封():.贾晓红 等.旋转轴唇密封轴表面微螺旋槽的反向泵送特性.清华大学学报(自然科学版)():.候激波.若干因素对油封泵汲率影响的实验及数值模拟研究.重庆:重庆大学.李建东李云刚刘刚等.牵引车载荷对 排放和排温影响的试验研究.内燃机与动力装置():.邢为为苏宇婷黄颖韬等.机车柴油机排放优化方法的研究.铁道机车与动车():.张付英郭威初宏怡.润滑条件下油封的磨损预测.机械设计与研究():.:.:(责任编辑:刘丽君)(上接第 页)/.:(责任编辑:臧发业)第 期 王伟等:矿用宽体车用轴向密封结构油封开发