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摘要：针对某型混合动力轿车怠速工况转向助力泵噪声及车内噪声进行了试验测试，利用谱分析和相干分析方法对转向助力泵噪声的频谱分布及其对车内噪声的影响进行了分析,并根据分析结果分别采取转向助力泵隔声和防火墙隔声的措施进行控制。通过比较噪声控制前、后转向助力泵近场和防火墙近场的1／3 倍频程频谱，证明了所采取降噪措施的有效性。
主题词：混合动力汽车 轿车 转向助力泵 噪声
1 前言
由于混合动力轿车采用新的动力总成，因而其车内噪声特性与传统轿车车内噪声特性有很大差别［1］。如怠速工况下，因发动机不工作，所以不存在发动机振动引起的噪声， 而转向助力泵的噪声突现出来。因此，必须对混合动力轿车转向助力泵的噪声控制进行研究，以满足人们对乘坐舒适性的要求［2～5］。
本文以某型混合动力轿车为例，采用试验方法对其转向助力泵噪声水平进行测试（所有分析过程均采用A 计权模拟人耳的听觉特性）， 通过频谱分析、相干分析识别其对车内噪声影响的频率成分及其传递方式。根据数据分析结果对转向助力泵采取源头隔声和传递过程中隔声两种不同的控制方法，并进行了试验验证，取得了良好的降噪效果。
2 噪声水平实测试验
实测试验之前对该型混合动力轿车的主观评价结果是：怠速过程中，车内乘员能明显听到尖锐噪声，初步诊断此噪声是由发动机舱的转向助力泵产生的。
该试验在配备有汽车底盘测功机的半消声室内进行，试验的目的是研究怠速工况下转向助力泵噪声总水平及其对车内噪声水平的影响，并通过分析识别其主要传递方式，从而为有效实现对转向助力泵噪声的控制提出改进措施。试验测点位置如表1 所列。试验过程中，采用德国GRAS 公司生产的ICP 压电式麦克风采集信号，数据采集设备为LMS公司的SCADASⅢ SC316W 信号放大和智能采集系统， 采用LMS Test．lab 旋转机械模块测试与记录信号。 （图片） 3 数据处理与分析
3．1 频谱分析
由于转向助力泵自身的动不平衡会产生轴频（轴频等于转向助力泵轴每秒的转数）的噪声能量，由于制造误差和调整不当等会产生轴频的二倍频、四倍频或更高倍频的分量； 在转向助力泵运转时，由于轮齿、叶片或柱塞等几何上的原因，会造成转向助力泵容积排量的周期性变化， 形成压力脉动或结构振动，并诱发空气噪声［6］。这种由转向助力泵结构本身所决定的频率称为泵唧频率或输油频率， 是转向助力泵转速与输油构件数（齿数、叶片数或柱塞数等）的乘积。
在转向助力泵的噪声频谱中还包括由于转向助力泵构造和误差上的原因形成的高次谐波频率，计算公式为：（图片） 式中， f 为泵唧（输油）频谱及其谐波频率，亦即压力脉动基频及高次谐波频率；h 为谐波数，取值为1，2，3…， 当h＝1 时为基频；n 为转向助力泵转速；z 为转向助力泵的工作构件数。
根据式（1）计算得该混合动力轿车转向助力泵噪声的泵唧频率为533 Hz。
噪声信号的功率谱密度定义为其自相关函数的傅立叶变换，即（图片） 式中，S （ f ） 为信号的自功率谱密度；f 为频率谱变量；R（τ ）为信号的自相关函数；τ 为时延变量。
自功率谱含有原信号的频率结构， 对测量得到的噪声频谱作纯音峰值分析， 可用来识别主要的噪声源。图1 为转向助力泵近场噪声的自功率谱图，从图1 可看出， 转向助力泵泵唧频率处的噪声峰值出现在530 Hz 处，与理论计算相符。驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处的噪声频谱（见图2）中也存在这一频率成分的峰值， 说明正是这一窄频带内较大的噪声能量导致车内产生尖锐的噪声。（图片）
图1 转向助力泵近场噪声频谱 3．2 相干分析
相干函数是度量任意2 个量和2 个信号的因果程度的实值函数， 因此在系统分析中可用来检验频率响应函数计算结果的有效性；同时，对于线性系统来说， 相干函数可以理解为在某频率点处的对应输入对对应输出的影响程度， 在噪声源识别和噪声传递路径分析中广泛应用［7］。（图片）
图2 驾驶员右耳处与后排左侧乘员右耳处噪声频谱 相干函数定义为：（图片） 式中，rxy为x 信号和y 信号的相干函数；Gxy为x 信号和y 信号的互功率谱；Gx为x 信号的自功率谱；Gy为y 信号的自功率谱。
本研究中对实测得到的发动机侧防火墙近场噪声、车内侧防火墙近场噪声、驾驶员右耳处噪声分别与转向助力泵近场噪声信号进行相干分析， 结果见表2。由表2 可知，3 个测点处的噪声与转向助力泵近场噪声的相干值都很高， 尤其是泵唧频率处相干值为1。由此说明，转向助力泵噪声对车内噪声影响较大，并且是通过防火墙经空气传至车内的。表2 各测点噪声与转向助力泵近场噪声的相干值
（图片）噪声控制措施及试验验证
根据数据分析结果， 对该型混合动力轿车转向助力泵分别采用以下2 种噪声控制方法：
a． 源头隔声：用吸声材料和隔声材料对转向助力泵进行隔声处理，如图3a 所示；
b． 传递过程中隔声：对转向助力泵噪声传递过程中必经的防火墙采用隔声材料加吸声材料进行隔声处理，如图3b 所示。
采取这些措施后，对该轿车进行试驾，主观感受怠速工况特定频率的尖锐噪声基本消除。为验证降噪效果，在测点和工况均不变情况下，对该轿车再次进行了验证试验。（图片）
（a）泵隔声处理（b）防火墙隔声处理
图3 转向助力泵噪声控制措施示意 通过对转向助力泵近场噪声1 ／ 3 倍频程谱图的分析发现，对其进行隔声处理后，其近场噪声在基频、二倍频及高频分量的峰值明显减小，近场噪声下降9．71 dB（A）（见图4），而驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处也分别下降3．7 dB （A）（降噪幅值是根据对应图中的1 ／ 3 倍频A 计权的噪声总声压级来计算的）和1．2 dB（A）（见图5）。由此，验证了转向助力泵噪声在怠速时对车内噪声影响大，同时验证了对转向助力泵进行吸声、隔声处理能有效控制其对车内噪声的影响。（图片）
图4 转向助力泵隔声处理前、后近场噪声功率谱对比和1 ／ 3 倍频程噪声总水平比较 （图片）
图5 驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处降噪效果 图6 为车内侧防火墙近场噪声谱图。由图6 可看出，防火墙经隔声处理后，近场噪声在宽频带范围内都有大幅度的下降， 总体噪声水平下降10．65dB，而驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处分别下降2．79 dB 和2．34 dB（见图7 和图8）。由此可见，对防火墙隔声处理也能有效控制转向助力泵噪声对车内噪声水平的影响。（图片） （图片） （图片）
图7 防火墙隔声处理前、后驾驶员右耳处降噪效果 （图片）
图8 防火墙隔声处理前、后后排左侧乘员右耳处降噪效果 由上述分析可知，2 种控制方法均取得较好的降噪效果。因此，在噪声控制工程应用中，既可对转向助力泵进行隔声，也可采用防火墙隔声，这些措施均可实现对转向助力泵噪声的有效控制。
5 结束语
针对某型混合动力轿车转向助力泵引起的车内噪声问题， 根据主观评价结果设计试验方案，用频谱分析、相干分析等手段识别该转向助力泵的噪声特性及其传递方式。根据分析结果，采取了转向助力泵隔声处理和防火墙隔声处理2 种不同的降噪措施，经试验验证，2 种措施均取得良好的降噪效果。
参考文献
1 庞剑,谌刚,何华．汽车噪声与振动．北京：北京理工大学出版社,2006．
2 Takayoshi Y．Noise and Vibration Reduction Technology in Hybrid Vehicle Development．SAE Paper,2001－01－1415．
3 Masashi K,Takayoshi Y．Noise and Vibration Reduction Technology in New Generation Hybrid Vehicle Development．SAE Paper,2005－01－2294．
4 Mohammad E,WalterWO,Paul F．Noise and Vibration Contron in Hydraulic Hybrid Vehicles．SAE Paper,2006－01－1970．
5 Essam A, Ibrahim A,Nabil M H,et al．Abouel－seoud．Noise Characteristics for Hybrid Electric Vehicle．SAE Paper,2007－01－2261．
6 佟德纯．工程信号处理与应用．上海：上海交通大学出版社,1989．
7 靳晓雄,胡子谷．工程机械噪声控制学．上海：同济大学出版社,1997．
12/25/2011
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