客车车身的降噪结构设计

客车车身的降噪结构设计摘要：结合某型客车车内降噪的研究和实践，本文论述了在客车车身的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：客车车身结构设计噪声控制汽车噪声分为车外噪声和车内噪声，车外噪声主要造成环境公害，车内噪声影响乘坐舒适性，为此，GB1495《机动车辆允许噪声》规定客车车内最大噪声级不大于82dB(A)。某型双层公路客车(以下简称双层客车)车内噪声实测结果如表1所示，超过了国家规定。某型客车车内噪声表1消车速创km判/h胁测量游位置逝中愁心测频叼率外声级炉dB讲(A傲)负31节.5私63杆12皂5棉25圆0检50舞0盘10直00顷20坡00间40钟00储80膊00拆50诱驾驶乖员耳孝旁巧62免.2航68驶.6腔69解.5识67膀.4球70滨.0关70嘱.6贩63猫.4汤58杰.6使53搏.1五79涌.2逗中塑部膊61惰.0仆68胞.2听75监.0逮74瞎.2薄77种.0昼77贝.6训68践.8疾60鲁.2棒52杰.0脆82摆.9海后赏部尖66琴.2托70值.8剪75撕.0蔬78膝.2矿82绘.6堆83涛.0追78芬.4肆69纠.2捧58劫.2团85事.7双层客车车内噪声的来源主要是发动机噪声、底盘噪声和车身蒙皮振动噪声，这些噪声源的噪声能经空气和固体传入车内，并可能产生空腔共鸣现象。目前国内大多数双层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，所以对发动机和底盘提出过高的要求是不现实的。而在客车车身的结构中设计合理的降噪结构，实现车内噪声控制既是必须的，也是现实可行的。为此，本文针对某型双层客车，论述车身的降噪结构设计的基本思路和方法。1原车结构特点某型双层客车结构简图如图1所示。它属柴油发动机后置式，发动机舱尺寸为2350mm×1850mm×1250mm，空间较大。发动机和乘客区之间有一隔墙，其面积为2350mm×1250mm，隔墙为方钢管骨架覆薄板结构，薄板厚度为1mm，结构如图3b所示。在发动机舱周围车身骨架间填有50mm厚的硬质泡沫塑料。车厢后部座位底板为2600mm×800mm的厚1mm薄板，仅由一根居中横梁支撑，处于后桥车轮上方；后部过道地板为一2000mm×740mm厚1.5mm薄板，仅由四周支承。整个车厢部分车身骨架间填有硬泡沫塑料，内部用华夫板装饰，座位底板及过道地板铺设了塑胶地板革。图1某型双层客车简图1.发动机仓2.座位底板3.隔墙4.发动机2原车噪声测试与分析根据GB[KG*2]1496—79《机动车辆噪声测量方法》的规定，对样车车内噪声进行了测试，其结果见表1。由表1可知，车厢内前、中、后部噪声以后部为最高，超过现行规定(≤82dB(A))；车厢内噪声在125～2000Hz频段内较大，在500～1000Hz处有一峰值。(1)发动机舱汽车停驶状态，在发动机转速为2200r/min时，隔墙发动机舱侧所测得的最大噪声为112dB(A)，用B&K2230进行频谱分析，其结果如图2所示。比较图2和表1可知，隔墙具有一定降噪效果，但不够理想。图2发动机隔舱噪声频谱图(B&K2230)(2)内饰材料原车在车厢及发动机舱部分车身骨架间填有硬泡沫塑料，原意图是吸声和隔热，在车厢内侧用华夫板装饰和吸声，其吸声系数实测结果见表2。由表2可知，硬质泡沫塑料和华夫板吸声系数都很小，吸声效果甚微。吸声系数ao实测结果3降噪原理和结构设计在不改变发动机、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。根据原车结构特点、车厢内噪声频率结构和空间分布特点及发动机舱噪声频率结构，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发动机舱吸声结构设计发动机舱内混响声场中，有发动机发出的声波、发动机舱壁向内反射的声波和发动机舱壁振动辐射的声波。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。原车发动机舱空间较大，又有放置吸声材料的空间，这为设计一个较理想的吸音室创造了有利条件。原发动机舱壁结构如图3a所示，其车身骨架间填充的是50mm厚的硬泡沫塑料，由表2可知，它几乎不起吸音作用。从表2可知50mm厚、容量为40kg/m3的多孔玻璃棉吸声系数高，且与发动机舱内噪声频率有良好的对应性。因此，在发动机舱骨架间填充该玻璃棉可显著提高吸声效果。发动机舱吸声结构设计如图3a'所示。结构改变后，发动机舱内噪声降低量为(1)式中：△L——噪声降低量；Q——声场因子；R——该点距声源的距离；R1——原发动机舱房间常数；R2——新发动机舱房间常数。根据式(1)及该车发动机舱结构参数估算，采用新设计吸声结构后，可使发动机舱内在隔墙处的噪声级降低4dB(A)以上。图3客车后部车身结构1.骨架2.硬泡沫塑料3.1mm薄板4.玻璃棉5.8.3mm阻尼沥青片6.钢丝网(7.2mm薄板)3.2双层隔声墙设计从该车结构可知，发动机舱与车厢之间的隔墙是阻止发动机舱噪声通过空气传播到车厢内的主要屏障，因此，应从提高隔声性能出发进行隔墙结构设计。根据隔声“质量定律”单层隔声墙的隔声量估算的经验公式为：R=18lgm+12lgf-25(2)式中：R——隔声量；m——隔声板面密度；f——入射声波的频率。在实际工程中，单层隔声墙的隔声效果往往低于式(2)的计算值，这主要是由于薄板产生共振所致。隔声墙单层钢板可视作单层均质弹性薄板，其自由振动的微分方程为：(2)式中：D——板抗弯刚度；m——板面密度；W——板振动时的挠度。原车身上薄板与骨架之间均为点焊相连，大多数结构可简化为四边铰支矩形板力学模型进行运动分析，如图4所示。其自由振动的理论计算挠度为：(3)其固有频率为：翠(4柴)伤式中脖：k奇=1欧，2唇，3时，…轻；匹L=跌1，杏2，摄3，腾…。蚊诞这说赚明薄蒸板振欧动有虚若干映个固盯有频山率，细当入艇射声巨波的波频率赴与薄冠板振代动某为一固毙有频帆率一容致时绍，薄亏板发废生共烛振，评振幅择很大呜，隔存声性漆能大连为下伤降，判而且旬又作吴为新底的噪食声源琴辐射涨噪声膝。飞另外踪当声么波以锻某一绒角度的入射效到薄娱板上窗时，依若入沫射波肝的波镇长等亭于薄艺板受页入射魔声波箩激发职而产迹生的纸自由偷弯曲驶振动钉波的膏波长臂在入阶射方谊向上另的投间影时弊，也重会引势起薄怒板共被振，据隔声捕性能三出现垃低谷构，此等即所效谓吻燕合效素应。论对于旬薄板则，其响一阶裙吻合抬效应堵频率姐与板何面密糕度的亲乘积教为9羞7恶70舞0H辞z·犁kg茫/m武2。筐篇图4陪矩哭形板秆四边碌铰支评的力挨学模蝇型番由式剩(2伴)可恩知，幼单层拾隔声狠板面贯密度阔增加逗一倍帆，隔复声量界增加充约5厘.4碧dB弃(A歪)，兄因此医，对架面积和为2交3咱50稳mm熔×1侄2量50嗽mm冲的隔模声墙鄙，当痛薄板旨厚度让超过男2m饼m后贸，单领纯用刺增加泥薄板航厚度皆的方桐法来陵提高兽隔声狠量是体不可抬行的山。珠双层惯隔声叛墙结蠢构如查图3膜b'丑所示葡，在对隔声谦墙骨惠架两蜡侧分予别覆诉盖厚危为2释mm医和1糠mm挎的薄紫板，榨中间隔形成扯50特mm豆厚空义气夹即心层励。由伯于空化气夹棒心层伐的作袋用，壁这一哄结构丘的隔梅声效击果突仿破了误隔声仁“质织量定咐律”慢的限橡制，料其隔效声量趁估算艇经验瘦公式椒为：良R=衫18乏lg臂(m毛A+窜mB坑)+末12倍lg趴f-外25坛+昨△棍R族(5振)雪式中示：m攀A、屠mB王——闷各层蓝板的慨面密叠度；筹斗△道R—尾—附浆加隔欺声量析。是两薄亮板间素空气慈层厚沟度为掀50浑mm田，经荒查表叨可知拼其附法加隔嗓声量画超过园5d颤B(椅A)播，该迎结构穿隔声乓量相法当于局6m蓬m厚现单层杯钢板娘隔声逝量。蝇显然陶它有回利于功提高锦隔声邀效果眉，且售能节葱省材亲料。亭为拓默宽其钳隔声则频率华范围顶，在光两板名间再多填以档50要mm膨厚的很玻璃草棉，堂以取悟得更奉佳的元效果励。态3.衫3铺薄板宽阻尼当减振杨设计秘沿由3辱.2荷中薄火板运蜘动分悬析可融知，沟客车净车身邀上各妈薄板削的振始动均恰存在纪若干痕个固毕有频枝率，偶当外休部干没扰力绒的频悟率与砖其相屯等时星，就陕会引寄起薄短板共暮振，醉使薄锐板成躬为新础的噪蒸声辐软射源缠。理青论计酷算和次模拟夺试验敞都表久明，咏该车吉上大奋部分保薄板请的一处、二芹阶固您有频积率在醋10摊0～巡50岔0H漏z频卸段，刮这一遍频段筹的噪讯声用甲隔声沿和吸杰声处拆理效傅果均僚不太观理想阿。另稼外，蓄对于撤隔声剧墙来弓说，科共振善发生虑时，橡其隔闹声效抹果会纷明显禁下降愈。因势此必宏须对再薄板项的共疮振加示以控消制。输由于色外部碑干扰肆力的刚频率沃难以慨控制嘱，抑厉制共液振就筝只能器应用稻阻尼纠减振反技术塞。因史此，诉在汽悉车发茄动机原舱部固蒙皮语和隔略声墙商薄板作及车牧厢后困部蒙诉皮粘店贴3绝mm淋厚自庆粘型身阻尼且沥青福片，摄结构祸如图纹3a抛'和华3b字'所纵示；撒在车五厢后月部座托位底兵板和捏走道速地板叛这种工大面你积薄盯板上榜粘贴聪由3甲mm偿厚阻钳尼沥厘青片食和1士0m吸m厚受吸声菜棉毡窝构成元的阻号尼复凭合材债料。秒上述缺结构灵使原螺弹性哲薄板脉构件驱变成般为自妹由阻奇尼层船结构歇，有听效地垫控制董了共钉振振桥幅，她改善垄了隔荣声墙音隔声奋性能凯，抑造制了弄薄板商的声聋发射倘；同盐时，荡阻尼饱复合强材料厌上的舒棉毡少具有陈一定秀吸声隔效果赵，又伴抑制炒了车蚊厢后示部的薪空腔龙共鸣甜现象着。嫂4土结论住启(1宜)根魄据上盆述降挂噪结类构设摔计试娇制的渴样车也，在搁车速崭为5芹0k牲m/表h时景，车逗内噪赢声平证均值葵为：亭驾驶嗓员耳倚旁7岛4.黎5d靠B(鉴A)亩，车行厢中化部7谎9.盼8d苦B(跌A)缩，车唱厢后旁部7停8.稍3d披B(叫A)搂，降彩噪效以果明恒显，岭使车络内噪旗声达听到了坚国家谜规定秋。拖(2直)在予目前歼车身共材料捎和制苍造工员艺基塌本不蠢变的抬条件骄下，旧若能纷在车灭身结殖构设限计中素有的毛放矢厕地综哈合运秘用吸皮声、挨隔声幼和阻渠尼减粥振技守术，远可以欲取得冻显著复的降蚊噪效港果，椒所用沫吸声哥、阻佳尼材饮料国捷内有击定点证厂家谱生产如，施齿工工谢艺简铸单，念技术险上是揪可行宵的。类盗(3明)实幸施该头降噪旋方案烧，整特车装卷备质针量增良加不窃到1晶%，阴对整捧车性炎能几键乎无梅影响颂，制骄造