汽車室內(nèi)噪聲分析及動(dòng)力吸振器的降噪措施

許津，宋年秀，張敬輝，劉鵬，胡韶文

（青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，山東青島 266520）

汽車室內(nèi)噪聲分析及動(dòng)力吸振器的降噪措施

許津，宋年秀，張敬輝，劉鵬，胡韶文

（青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，山東青島 266520）

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展及對(duì)行車舒適性要求的提高，噪聲控制越來越受到重視，降低汽車噪聲成為人們關(guān)注的重要課題。文中分析了汽車室內(nèi)噪聲產(chǎn)生的來源，就如何控制汽車室內(nèi)噪聲及其控制措施進(jìn)行了分析探討，著重論述了安裝動(dòng)力吸振器的降噪效果。

汽車；室內(nèi)噪聲；動(dòng)力吸振器；降噪

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提升，行駛舒適性越來越被人們所關(guān)注。如何改善并提高車輛內(nèi)部聲學(xué)環(huán)境，降低車內(nèi)噪聲水平成為中國乃至世界亟待解決的問題之一。

1　汽車各系統(tǒng)降噪的改進(jìn)措施

車內(nèi)噪聲主要通過結(jié)構(gòu)振動(dòng)和氣體進(jìn)行傳播，其主要來源于車室外的噪聲源和振動(dòng)源，如車身的振動(dòng)、空氣與車身的摩擦沖擊等。車速過高也會(huì)導(dǎo)致車身振動(dòng)頻率升高。這種噪聲主要在低頻區(qū)，但由于乘坐室空腔的共振會(huì)放大噪聲，使其影響增大。汽車室內(nèi)噪聲主要分類如圖1所示。該文主要研究如何改進(jìn)低頻區(qū)域的振動(dòng)噪聲。

圖1　汽車室內(nèi)噪聲分類

（1）降低發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲。要想解決發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲，首先要從其自身結(jié)構(gòu)出發(fā)。為了提高結(jié)構(gòu)剛度，可以采用有限元分析對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行初步規(guī)劃設(shè)計(jì)。如為了提高油底殼的剛度，可在油底殼上增設(shè)加強(qiáng)筋和橫隔板，進(jìn)而減少振動(dòng)噪聲。目前，一些汽車技術(shù)發(fā)達(dá)的國家已設(shè)計(jì)出了一種發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)隔振系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效抑制發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率，起到降噪的作用。

（2）降低傳動(dòng)系噪聲。首先變速器的選擇很重要，應(yīng)采用低噪變速器，這是最直接的方法；二是各部件之間采用橡膠墊進(jìn)行柔性連接；三是將空心圓密封膠條加在變速器檢修門窗處，達(dá)到隔振的目的；四是通過調(diào)整控制轉(zhuǎn)動(dòng)軸的平衡度，降低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而達(dá)到減振降噪的目的。

（3）降低進(jìn)、排氣系統(tǒng)噪聲。進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)弱與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，而排氣系統(tǒng)噪聲由排氣壓力噪聲與噴流噪聲構(gòu)成。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)性能良好的消聲器對(duì)改善噪聲環(huán)境尤為重要。通常采用柔性管連接在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到消聲器口段，經(jīng)測試該方法可使噪聲數(shù)值降低7dB左右。

（4）降低車身噪聲。車速的日益提高使得車身的噪聲越來越大，汽車在高速行駛時(shí)主要產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪聲，對(duì)駕駛員影響很大。可通過以下措施改善車身噪聲：一是車身流線形設(shè)計(jì)；二是在車身與車架之間采用彈性元件連接以削減振動(dòng)；三是適當(dāng)?shù)貞?yīng)用吸聲材料降低車身噪聲強(qiáng)度。

2　基于動(dòng)力吸振器的降噪措施

根據(jù)以上分析，車內(nèi)振動(dòng)所產(chǎn)生的轟鳴聲是汽車室內(nèi)噪聲的主要來源之一。下面在研究動(dòng)力吸振器原理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究基于動(dòng)力吸振器的減振降噪措施。

2.1動(dòng)力吸振器的原理

圖2　裝有動(dòng)力吸振器的振動(dòng)系統(tǒng)的原理示意圖

主系統(tǒng)配備動(dòng)力吸振器的工作原理如圖2所示。從中可看出動(dòng)力吸振器類似于一個(gè)彈簧系統(tǒng)，將其安裝在主系統(tǒng)上，產(chǎn)生與主系統(tǒng)方向相反的振動(dòng)，使某頻率下主系統(tǒng)振動(dòng)強(qiáng)度降低。

圖3為主系統(tǒng)安裝動(dòng)力吸振器前后的頻率對(duì)比。從圖3可以看出：未安裝動(dòng)力吸振器時(shí)，在頻率比1附近存在1個(gè)峰值，此處振動(dòng)較強(qiáng)烈；安裝動(dòng)力吸振器后，存在2個(gè)較小峰值，分別在頻率比0.5和1.3附近，2個(gè)峰值比未安裝動(dòng)力吸振器時(shí)的小很多，說明安裝動(dòng)力吸振器可大幅度降低振動(dòng)強(qiáng)度。

圖3　安裝和未安裝動(dòng)力吸振器時(shí)主系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線

2.2動(dòng)力吸振器設(shè)計(jì)

動(dòng)力吸振器剛度和質(zhì)量的確定以適合的工作頻率為前提，此處工作頻率設(shè)為68Hz。正常情況下，動(dòng)力吸振器的質(zhì)量是原系統(tǒng)的10%～20%，盡管其質(zhì)量與振幅衰減成正比，但質(zhì)量過大會(huì)降低其使用壽命，企業(yè)生產(chǎn)成本也會(huì)大大增加。動(dòng)力吸振器的剛度大小通過橡膠件（動(dòng)力吸振器彈簧部分）的大小控制，二者成反比關(guān)系。為了加強(qiáng)對(duì)橡膠件的持續(xù)利用，需對(duì)其工作壽命進(jìn)行試驗(yàn)，保證其剛度在規(guī)定范圍內(nèi)。最終確定的動(dòng)力吸振器技術(shù)參數(shù)如下：質(zhì)量M=2.16kg；剛度K=10010N/m；固有頻率ω =68Hz。

2.3試驗(yàn)驗(yàn)證

圖4為動(dòng)力吸振器的安裝位置示意圖。為檢驗(yàn)安裝動(dòng)力吸振器能否對(duì)試驗(yàn)車振動(dòng)轟鳴聲起到降噪作用，進(jìn)行錘擊試驗(yàn)和整車道路試驗(yàn)。

圖4　安裝在副車架上的動(dòng)力吸振器

2.3.1錘擊試驗(yàn)

錘擊試驗(yàn)需借助三向加速傳感器，試驗(yàn)時(shí)將其固定在車架后懸置處，之后用力擊打懸置位置。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得安裝動(dòng)力吸振器前后的信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5　錘擊試驗(yàn)結(jié)果

從圖5可以看出：當(dāng)頻率為68Hz時(shí)，動(dòng)力吸振器安裝前曲線對(duì)應(yīng)波峰，動(dòng)力吸振器安裝后曲線對(duì)應(yīng)波谷，振動(dòng)轟鳴聲的強(qiáng)度大幅度降低。

2.3.2整車道路試驗(yàn)

從圖5來看，安裝動(dòng)力吸振器后盡管振動(dòng)強(qiáng)度在68Hz處大幅度降低，但后懸置點(diǎn)在55Hz附近的振動(dòng)增大。為了驗(yàn)證動(dòng)力吸振器在汽車實(shí)際行駛時(shí)對(duì)后排噪聲的抑制作用，將麥克風(fēng)置于后排右側(cè)乘客內(nèi)耳中，在平直水泥路面將車速全油門加置3擋，得到轉(zhuǎn)速與聲壓關(guān)系曲線（如圖6所示）。

圖6　整車道路試驗(yàn)結(jié)果

從圖6可以看出：未安裝動(dòng)力吸振器時(shí)，在轉(zhuǎn)速2040r/min時(shí)聲壓達(dá)到峰值62.4dB（A）；安裝動(dòng)力吸振器后，該轉(zhuǎn)速處聲壓為60.4dB（A），噪聲強(qiáng)度得到有效抑制。

3　結(jié)語

在汽車工業(yè)不斷發(fā)展的今天，人們對(duì)汽車噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高，汽車乘坐舒適性成為衡量汽車品質(zhì)的重要因素。該文根據(jù)車內(nèi)轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理及特性，采用動(dòng)力吸振器降低汽車行駛時(shí)的室內(nèi)噪聲，并通過錘擊試驗(yàn)和整車道路模擬試驗(yàn)證明了安裝動(dòng)力吸振器以降低車內(nèi)噪聲的可行性。

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2015-12-25