NVH试验室的设计浅析

2021-10-13 13:53:47·  来源:汽车零部件  作者:陈雪  
 
摘要:根据国内汽车行业对NVH重视的提升及国民对整车乘坐舒适性要求的提高,NVH试验室的建设将对整车NvH性能提升起着至关重要的作用。介绍了消声室的主要技术指
摘要:根据国内汽车行业对NVH重视的提升及国民对整车乘坐舒适性要求的提高,NVH试验室的建设将对整车NvH性能提升起着至关重要的作用。介绍了消声室的主要技术指标和影响消声室技术指标的主要结构,阐述了NVH试验室建设的主要指标。建成后的NVH试验室将缩短产品开发周期、提高试验的精准度、提供安全测试环境、适应新产品的开发需求及提升试验验证能力。

关键词:消声室;NVH试验室:低频截止频率

0 引言
随着现代汽车工业的不断发展.人们对汽车的需求已经不仅限于汽车的动力性能、经济性能的提升。越来越关注汽车的振动、噪声以及舒适性和周围环境。2010年国家起草的《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》,对试验条件要求极为严格,并且噪声限值大大降低。整车及零部件的NVH性能成为重点研究的课题。
1 消声室简介
消声室是一个人工模拟声场的房间,在这个房间内,传播声波的介质均匀地向各个方向无限延伸。使声源辐射的声能够“自由”传播。即无障碍地反射,也无环境噪声的干扰。
1.1 消声室的分类
根据被测对象的测试内容及所要求的精度。消声室分为全消声室和半消声室。全消声室即室内各面均铺设吸声材料或吸声构件,半消声窒即有一面为反射面,其余面均铺设吸声材料或吸声构件。全消声室内空间基本为自由声场,半消声室为一个反射面上方为自由声场的空间。
1.2 消声室主要技术指标
在消声室的建设过程中,首先要确定被测对象所要求的精度。即截止频率、自由场半径、本底噪声与通风噪声。
1.2.1截止频率
消声室的截止频率。是指在消声室内,能够满足用户要求的自由场半径和偏差要求的最低频率。被测试件的主要噪声频段作为确定低频截止频率的依据。
1.2.2自由场半径
自由场半径的选择依据:(1)被测试件最大尺寸;(2)声功率测量,按GB/T6882中8.2测量表面的规定;(3)声压级的测量,按行业标准的规定;(4)取上述最大值。
1.2.3本底噪声与通风噪声
(1)在测量表面上,所有传声器位置和测试频率范围内的每个频带,本底噪声至少比被测试件的最小声压级低20 dB(具体设计时可考虑3 dB的余量);
(2)在测量表面上。所有传声器位置和测试频率范围内的每个频带.通风噪声至少比测试件的最小声压级低lO dB(具体设计时可考虑3 dB的余量)。
1.2.4自由声场精度要求
建设消声室最终的目的是要获得符合声学测试要求的自由声场空间。并且对自由声场空间进行了定义,即反射声能与直射声能的比值足够小。及允许误差范围足够小,而允许误差范围为消声室设计的输入之一。下式为误差范围的计算公式:

对于允许误差范围.IS03745给出了明确的规定,即采用l/3倍频程频带噪声和纯音测试,按Is03745.2003测量,精度达到Is03745.2003对半消声室的反平方率偏差规定。如下:
50—630 Hz,自由声场偏差小于±2.5 dB;
800一5 000 Hz。自由声场偏差小于土2.0 dB;
6 300 Hz以上。自由声场偏差小于±3.0 dB。
1.3 消声室吸声结构的类型
铺在消声室内各面的吸声层的吸声性能,对于室内自由声场范围的大小具有决定性的作用。也是决定消声室质量的最重要的部分。目前吸声结构主要有板式吸声材料及尖劈吸声材料。
1.3.1 尖劈
尖劈的声学经典理论:

式中:£为尖劈长度,D为后空腔长度,A为低频截止频率的波长。
尖劈的优点:
(1)在100 Hz以下的低频和4 kHz以上的高频吸声特性优于平板吸声体j
(2)纯音测量满足GB/T 6882自由场偏差要求。适用于:声学基础研究、电声测试等各种用途的消声室。以金属穿孔板作为尖劈护面材料的金属尖劈的优点:
(1)使用寿命长,20年以上;
(2)表面可清洁;
(3)表面喷漆。美观。
金属尖劈吸声结构组成见图l。

传统尖劈和金属尖劈实景图片分别见图2、图3。

I.3.2平板吸声体
(1)普通平板
吸声原理:板共振吸声,吸声材料内有一块或多块共振板。每块共振板的边界是固定的。是一个质量一弹簧共振体系。低频吸声板通常厚度为100 mm。主要适用于100 Hz以下的低频吸声。
平板吸声体的优点:
①吸声结构占用室内空间小:
②更容易清洁。
适用于:场地小、有油污的工业产品测试消声室。缺点:共振频率单一,共振峰较窄,致使在低频段吸声特性不均匀。其典型的吸声特性曲线见图4。

(2)平面薄型宽频带复合吸声体(BcA)
宽频带的复合板共振吸声器,除了质量一弹簧共振之外,同时也可以激发大量弯曲振动。BcA吸声构造每个构件的大小约为l m×1.5 m,总厚度为35 cm,改变其中不同的振动板的厚度,可以在40~100 Hz内调节它的最低有效吸收频率。因此。吸声结构的厚度不因截止频率的降低而增厚,始终保持为35 cm的薄型结构(如图5所示)。BcA吸声构造组件表面为厚度约1.5 mm、穿孔率约40%的透声穿孔成型钢板.内部是厚约350 mm的3层caruso棉。因此,吸声构造的表面能保证透声,并能防护机械碰撞,且能用清洁布擦净,油污后仍然能简易地恢复清洁。

BCA产品的优点:
①材料环保、无人体过敏反应
②适用于更低频要求消声室。
2 影响消声室技术指标的主要结构
2.1 房体的结构形式
(1)内外套房结构——房中房结构
外套房一般为砖混重质结构,轻质套房采用轻质砖墙。重质套房采用粘土砖墙或混凝土墙。一般用于要求本底噪声小于30 dB(A)或环境振动和噪声严重的情况。
(2)普通单层结构——砖混结构
一般用于要求本底噪声大于30 dB(A)或环境振动和噪声不严重的情况。
2.2 隔振器的类型
橡胶隔振器。适合于金属隔声板浮筑地面。
玻璃纤维隔振器。适合于混凝土现浇浮筑楼板,见图6。

弹簧隔振器。适合于环境地面振动声较大的场合。见图7。

2.3 消声室隔声门、吸声门的隔声量
在消声室的建设过程中.门、窗、风道、减振机构的空气声隔声量均需满足相应的隔声量需求。其中。门和隔振系统,由于距测试传声器较近。是最薄弱的环节。在设计过程中应严格把控隔声量指标,确保整个消声室系统隔声量满足要求。门的隔声量也必须达到土建结构本身的隔声量要求。否则如门外有噪声源,而门内3—4 m内有传声器。将会严重影响测试结果,导致试验室无法使用,耗费巨资建设的房中房结构发挥不出应有的作用。
不考虑表面的吸声材料(按常规,作为隔声设计安全余量),其计算见下式:
JR=尺l+R2+尺3+尺4
式中:尺为总隔声量,尺.为单道门隔声量。R:为隔声量相当的双道门增加的隔声量6 dB,尺、为第二道门为轻质钢架结构2 dB,尺。为声闸10 dB。
2.4 隔振器
隔振器主要分为橡胶隔振器、玻璃纤维隔振器及弹簧隔振器3种。其中橡胶隔振器适合于金属隔声板浮筑地面;玻璃纤维隔振器适合于混凝土现浇浮筑楼板;弹簧隔振器适合于环境地面振动噪声较大的场合。分国产弹簧隔振器和进口弹簧隔振器。
2.5 消声室房间尺寸的确定
消声室的体积主要取决于被测物的大小和测试距离,此外。消声室的声学经典理论:
D≥λ/4+2r
式中:D为房间刚性界面尺寸,λ为低频截止频率的波长。r为自由场半径。
上述公式适用于包括尖劈型和平板型所有类型的消声室。
3 NVH试验室建设主要指标
参考同行业当前NVH试验室的建设情况,结合试验能力需求。建立整车通过噪声试验室、小整车半消试验室、音质评价室、混响室和全消室、零部件试验室及模态试验室。
设计时需考虑主机厂自己独特的地方及汽车产品范围。此试验室主要设计原则为:
(1)试验范围。此试验室的设计初衷为跨越轿车及轻卡车型的试验室,对试验室内转毂要求轴载荷5×104 N。
(2)截止频率。由于柴油车有着更低的频率特性。需要有足够大的低频率自由场空间来满足其试验的需要.故截止频率要求达到40 Hz。
(3)自由场半径。40 Hz时,自由场半径不小于7 m;31.5Hz时,自由场半径不小于5 m,用于排气噪声测量。
(4)消声室本底噪声。
试验问周围噪音小于80 dB(A)(此值供参考,具体以现场预估的噪声值为准);
室内所有设备关闭时消声室本底噪声不大于20 dB(A);
空调出风口全风量时消声室本底噪声不大于25 dB(A)。
(5)门的隔声量。为了满足测试要求,消声室内的本底噪声要求约为20 dB(A),而此时的外部噪声约为80 dB(A)。房中房本身的土建结构,如采用250混凝土+240砖墙的方案,则土建结构本身的隔声量可以达到60 dB。此时。就要求门的隔声量也必须达到此隔声量。
4 结论
对消声室的结构及设计指标进行详细介绍.同时对新建NVH试验基地设计要领做出了简单的分析。针对消声室的设计提供建议如下:
(1)低频截止频率的依据为被测试件的主要噪声频段:
(2)自由场范围需将被测试件覆盖在内,保证被测件测试的准确性。
作者:陈雪
作者单位:(安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230091)
来源:汽车零部件
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