汽車車內(nèi)噪音的分析與控制研究

緱慶偉關(guān)云霞

（1.北京交通運輸職業(yè)學(xué)院，北京 102618；2.北京吉利學(xué)院，北京 102202）

汽車車內(nèi)噪音的分析與控制研究

緱慶偉1關(guān)云霞2

（1.北京交通運輸職業(yè)學(xué)院，北京 102618；2.北京吉利學(xué)院，北京 102202）

自從汽車進入人類生活以來，如何控制并降低車內(nèi)噪音一直是車輛設(shè)計、制造行業(yè)的熱門話題。車內(nèi)部噪音不但增加駕駛乘坐人員的疲勞，而且影響車輛的行駛安全。近年來，車內(nèi)噪音已成為影響車輛品質(zhì)的重要因素。車內(nèi)低噪音設(shè)計成為車輛設(shè)計開發(fā)過程中的非常重要的工作。尤其對于轎車，車內(nèi)噪音是衡量轎車級別的標(biāo)準(zhǔn)之一。本文主要針對車內(nèi)的噪音產(chǎn)生的原因及其相應(yīng)的控制策略進行分析研究，并基于某款車型進行實車驗證控制策略的可行性。

車內(nèi)噪音；分析；控制研究

隨著汽車工業(yè)的不斷向前提高，人民生活水平不斷發(fā)展，人們對汽車的舒適程度的要求在逐漸提高。近年來，汽車感知質(zhì)量備受各大車企的關(guān)注和重視，而汽車噪音屬于感知質(zhì)量的范疇，是人們關(guān)注的焦點之一，汽車是一個包含各種不同性質(zhì)噪音的綜合噪音源。在行駛過程中，各部分相互作用，通過空氣和車架結(jié)構(gòu)傳入到車內(nèi)，形成噪音。

1.車內(nèi)噪音的主要來源

車內(nèi)噪音主要來源于發(fā)動機噪音和底盤噪音，主要與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速有關(guān)。這些聲源的噪音經(jīng)由空氣和結(jié)構(gòu)兩個途徑傳入車內(nèi)。

發(fā)動機噪音又可分為空氣動力性噪音、機械噪音和燃燒噪音。空氣動力性噪音主要包括進、排氣和風(fēng)扇噪音。這是由于進氣、排氣和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時引起了空氣的振動而產(chǎn)生的噪音，這部分噪音直接向周圍的空氣中輻射。在沒有進排氣消聲器時，排氣噪音是發(fā)動機的最大噪音源，進氣噪音次之。風(fēng)扇噪音特別在風(fēng)冷內(nèi)燃機上也往往是主要的噪音源之一。由于氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動通過缸蓋、活塞、連桿、曲軸、機體向外輻射的噪音叫燃燒噪音。將活塞對缸套的撞擊、正時齒輪、配氣機構(gòu)、噴油系統(tǒng)等運動件機械撞擊所產(chǎn)生的振動激發(fā)的噪音叫作機械噪音。

底盤噪音主要有胎噪、路噪。汽車在行駛的過程中，輪胎會不斷地與地面產(chǎn)生摩擦，從而推動汽車前進，且隨車著汽車速度的提高，輪胎噪音越來越大。其次，汽車在不同的路況下行駛，產(chǎn)生的胎噪也不同。路噪是引起汽車噪音的另一個重要的因素，當(dāng)汽車高速行駛的過程中，外界空氣快速流動形成切入風(fēng)，從而產(chǎn)生震動，形式噪音。此外，汽車行駛中底盤發(fā)生震動，路面上的沙石飛濺，與底盤發(fā)生碰撞等，都會產(chǎn)生路噪。

2.車內(nèi)噪音控制技術(shù)

車內(nèi)噪音控制的基本流程為：識別噪音源→識別傳遞途徑→分析車身板件聲輻射貢獻→分析汽車結(jié)構(gòu)模態(tài)特性→分析車內(nèi)空腔聲學(xué)模態(tài)→分析與優(yōu)化傳聲結(jié)構(gòu)→確定改進措施并進行實施后評價。

2.1識別噪音源

識別噪音源是噪音控制的首要任務(wù)。只有正確找到振動源或噪音源的所在，才能分析噪音發(fā)生的機理，才能有效地解決噪音問題。

2.2識別噪音途徑

從噪音源到車內(nèi)外的傳遞過程中，總是經(jīng)過一定途徑，途徑主要分為固體振動傳遞途徑和空氣傳播通道。如果能確定固體振動如何從噪音源通過哪些固體構(gòu)件結(jié)構(gòu)，由于哪些車內(nèi)空腔的聲學(xué)模態(tài)相互耦合導(dǎo)致車內(nèi)產(chǎn)生噪音的情況，就能有針對性地對傳遞通道中相應(yīng)的環(huán)節(jié)進行改善，從而達到減振降噪的良好效果。

2.3車身板件的噪音輻射

固體振動總是通過車身的板件與車內(nèi)相互耦合振動，激發(fā)車內(nèi)的噪音。車內(nèi)噪音受到車身板件的位置不同、汽車運行工況不同、激振頻率不同的影響，其聲學(xué)輻射效率也不近相同，其影響因素對車內(nèi)噪音的影響程度是不同的。因此，確定特定條件下的車身板件影響因素，可以為改進和優(yōu)化車身板件提供可靠的依據(jù)。

2.4分析車內(nèi)空腔的聲學(xué)模態(tài)

一個8m3的沼氣池每年一般換料2次，共可產(chǎn)沼肥12m3左右。其中含氮素45kg、磷15kg、折尿素98kg、10%過磷酸鈣150kg[16]。按照中國化工網(wǎng)報價尿素的價格為1 630元/t，普通過磷酸鈣的價格為350元/t。以中國沼氣農(nóng)戶對沼肥的利用率40%[17]計算400m3沼氣發(fā)酵殘余物沼渣沼液的肥料替代效益，結(jié)果如表6所示。

轎車內(nèi)部的噪音是車內(nèi)空腔內(nèi)部聲壓分布情況的反映，合理進行車內(nèi)座椅的布置以及車身造型，可以優(yōu)化車內(nèi)內(nèi)部空腔的聲學(xué)模態(tài)，從而有效地控制車內(nèi)的噪音。

2.5分析與優(yōu)化傳聲結(jié)構(gòu)

通過在計算機上實現(xiàn)虛擬分析，經(jīng)過仿真模型的驗證后，就可以通過靈敏度分析確定車內(nèi)噪音諸多影響因素的影響情況，并在此基礎(chǔ)上進行關(guān)鍵因素的優(yōu)化設(shè)計，取得車內(nèi)優(yōu)良的聲學(xué)特性。

2.6確定改進措施并進行評價

最終對轎車噪音情況的改進必須在特定工況下，對實車進行測試與檢測。依據(jù)專業(yè)人士的主觀評價和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的客觀評價，可以確定噪音改進的實際效果。

圖1　車門加裝密封條

圖2　舒適型輪胎

3.車內(nèi)噪音的控制研究

3.1降低發(fā)動機噪音的方法

隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)動機噪音通過前翼子板、發(fā)動機倉蓋、擋火墻、排氣管傳入駕駛室內(nèi)的。若要有效地控制并降低發(fā)動機艙的噪音，可以對這些相關(guān)部位進行止振和密封。

由發(fā)動機產(chǎn)生的噪音，可在發(fā)動機倉蓋下粘貼高級吸音泡沫材料。這種方式不僅能抑制發(fā)動機倉蓋的振動，還可以吸收和消耗大量發(fā)動機的噪音，從而達到降噪的目的。

3.2降低風(fēng)噪的方法

汽車在行進過程中，空氣與車體之間產(chǎn)生快速相對流動與摩擦，由此產(chǎn)生的噪音稱為風(fēng)噪。產(chǎn)生風(fēng)噪的主要部位是車體外觀有些突起或是死角處，在這些部位處，空氣容易產(chǎn)生回旋，因而產(chǎn)生噪音。風(fēng)噪傳入車內(nèi)主要是通過車門縫隙，因此加強車輛的嚴密性和隔音性是降低風(fēng)噪的最有效的措施。

在汽車上安裝車門密封條音的降噪措施能很好地降低風(fēng)噪和關(guān)門的碰撞力度。原車行駛到時速120km時聽到的風(fēng)噪，只相當(dāng)于時速80km時的噪音。與此同時，關(guān)門音質(zhì)也得到改善，如圖1所示。

3..3 降低路噪和胎噪的方法

胎噪和路噪的產(chǎn)生原因主要有3點。一是輪胎四周空氣擾動和輪胎花紋間隙的空氣流動所產(chǎn)生的空氣震動噪音；二是胎體和花紋部分震動所產(chǎn)生的輪胎震動噪音。這種噪音與輪胎橡膠的硬度有關(guān)系，對于一些材質(zhì)偏硬的輪胎，路噪尤其明顯；三是路面不平所產(chǎn)生的路面震動噪音。當(dāng)轎車在顛簸不平的路面上行駛時，輪胎與地面之間產(chǎn)生磨擦、沖擊，由此產(chǎn)生的震動與擋泥板、翼子板部件的震動產(chǎn)生共振，傳入車內(nèi)，噪音十分明顯。因此降低路噪和胎噪的策略主要是控制噪音源、阻隔噪音傳播路徑。

3.3.1控制噪音源

路噪和胎噪來源于輪胎與地面的摩擦運動，采用靜音性設(shè)計的舒適型輪胎可以有效地降低路噪和胎噪。如圖2所示，舒適型輪胎在設(shè)計花紋時，考慮到靜音性，輪胎胎面中央靜音筋的橫截面溝槽寬度保持固定不變，這樣可使輪胎在旋轉(zhuǎn)進入接地面時，橡膠花塊的剛性大致相當(dāng)，花紋塊的振幅趨于一致，噪音波趨于平穩(wěn)，有效地降低了噪音。

3.3.2阻隔噪音傳播路徑

主要采用通過隔絕噪音與震動以及抑制車身鈑金的共振等來阻隔上述傳播路徑，降低噪音傳播到車內(nèi)。

（1）隔絕噪音與震動傳播

在地毯、頂棚、行李艙隔板、車頂蓋等位置上增加隔音墊，能有效地降低車外噪音傳遞至車內(nèi)。在車身空腔內(nèi)填充吸音材料，降低噪音的傳播，車身中立柱位置填充海綿塊，減少振動的傳遞。

（2）阻尼減振降噪技術(shù)

目前車企抑制車身鈑金的振動的采用的是阻尼減振降噪技術(shù)。一般常見的金屬材料有鋼、鋁、銅等，其固有阻尼都非常小，因此，常用外加阻尼材料的方式來增大其阻尼，衰減其振動能量。阻尼材料根據(jù)衰減能量方式不同可分為內(nèi)損耗和內(nèi)摩擦的材料，應(yīng)用較多的為彈性材料，如，PVC膠、瀝青阻尼板。

在底盤和輪罩內(nèi)涂抹一層較厚的防石擊膠（PVC膠），俗稱的底盤裝甲，可以有效地抵御路面飛濺起的沙石，同時對路噪也有一定的抑制效果。

結(jié)語

本文通過汽車噪音的種類進行區(qū)分，識別車內(nèi)噪音的主要來源，提出相應(yīng)的控制和改善噪音的措施，基于某款小型車的實車裝配驗證了改善控制策略的可行性，并得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)噪音的來源進行合理地分析，降低車內(nèi)噪音的方式主要為根源降低噪音和阻隔噪音傳播路徑。例如胎噪，可以采用更換靜音降噪輪胎，從根源上改善控制噪音，而發(fā)動機噪音，更直接的方式為通過阻隔噪音的傳播路徑。

（2）針對通過空氣傳播的噪音，可采用隔音吸音材料將噪音源進行封閉處理，能有效地降低噪音的擴散。

（3）針對通過振動傳播的噪音，可利用阻尼減振降噪技術(shù)，采用阻尼材料來衰減削弱振動能量。

[1]黨川.阻尼減振降噪技術(shù)原理及其應(yīng)用[J].四川環(huán)境，1992（3）：47-50.

[2]張榮偉.汽車噪音產(chǎn)生原因及解決對策探討[J].黑龍江交通科技，2013（3）：147-148.

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