汽車室內噪聲分析及控制

王蓉+易侃

【摘 要】在汽車工業的飛速發展和人們對汽車舒適性要求愈加嚴格的背景下，改善汽車內部聲學環境，降低車輛室內噪聲成為一項重要研究方向。本文分析了一些國內外汽車噪聲研究發展狀況及我國對治理汽車噪聲污染的相關法律法規，對主流的四大汽車室內噪聲預示方法進行了初步探討，提出了對于各種車內噪聲相應的控制措施。最后對于汽車噪聲控制方法進行總結并提出幾點思考方向作為以后繼續研究此類問題的思路。

【關鍵詞】汽車室內噪聲；噪聲預示；控制措施

當今的全球工業化大背景下，人類面臨的諸多世界性的問題里就包括噪聲污染這一項，它與水污染、空氣污染一起被列為當今世界三大主要污染源。而汽車噪聲是汽車的第二公害，它不僅會對人的心理上產生不良影響，還會從生理角度損害人體身體健康，特別是車內噪聲過大還會從側面誘發汽車交通事故。因而，控制車內噪聲成為車輛設計、制造工程師的在研發過程中非常重要的一個研究課題。

1 研究背景

1.1 我國相關的法律法規

國外工業發達國家自六十年代起，就制定了許多法規和標準對汽車噪聲排放進行控制上，近年來國家對車輛噪聲排放的要求越來越嚴格，先后于1979年頒布了《機動車輛允許噪聲標準》（GBI495-79），還相繼制訂了《機動車運行安全技術》（GB7258-89）、《客車通用技術條件》（GB/T13095.91）等技術標準，全面、優化地規定了各型車輛的噪聲限值。

1.2 國內外汽車噪聲研究進展

在汽車發展早期，汽車發動機功率普遍很低，汽車噪聲問題并不突出，但隨著汽車發動機工藝水平的不斷提高，一般的轎車發動機功率都可以達到120馬力，汽車噪聲與振動問題就日漸顯現出來了。人們在選購汽車時，已將汽車的抗振動噪聲性能當作選購的重要參考標準，這不僅是出于對生活品質的要求上，更多的是出于對駕駛安全上的考慮。

1.2.1 汽車室內噪聲預示技術的發展

早期的噪聲預測主要是一維模型，采用解析方法計算平板的輻射噪聲，后來對不同頻率下結構的表面振動和噪聲輻射進行預示，從而計算得出噪聲輻射效率曲線，以后的噪聲預測中利用這一噪聲輻射效率和表面振動來近似計算輻射噪聲。

隨著數學理論的發展，帶動了其在汽車領域的進一步研究，其中數值計算理論被運用到新時期的汽車噪聲預示領域，輔助于計算機技術，使得應用數值計算方法對噪聲進行模擬計算成為可能。

1.2.2 汽車室內噪聲控制技術的發展

車內噪聲的控制可分為車內噪聲被動控制和車內噪聲主動控制兩種[1]。一般車內中高頻噪聲采用被動控制來消除，早期的車輛內部噪聲控制主要采用被動降噪。主動控制方法又叫有源消聲，是近年來發展起來的一種噪聲控制方法，最早是在1947年被提出來，它與傳統降噪措施不同之處在于對低頻噪聲具有較好的控制效果，并且質量輕體積小，便于安裝。

2 汽車室內噪聲研究的分析方法

2.1 有限元法

有限元法是求解汽車振動噪聲問題最常用的數值模擬方法，通俗的說法就是“化整為散”，把連續的彈性體劃分為有限個只有節點相連的有限大小的單元，單元之間通過節點來傳力，通過研究單元體的結構和聲特性，根據力學方程或聲學波動議方程，得到聯立代數方程式，通過求解代數方程式得到結構彈性體或聲傳播空氣域中的振動或聲特性[2]。

2.2 邊界元法

邊界元方法對處理結構聲輻射、聲散射和結構聲腔問題有獨特的優越性，因而在實際中得到應用，它適用于中低頻段的振動和噪聲分析，對高頻段的振動和噪聲分析計算精度較差。邊界元法主要用于處理聲場的外部問題和有復雜邊界條件的內部聲場問題，該法降低了求解問題的維數，適合處理無邊界區域問題，但是它的計算速度慢。

2.3 統計能量分析法

統計能量分析法創始于20世紀60年代，它是從能量角度出發分析在不同結構表面在外載荷作用下的響應，其更重要的作用在于列出主要噪聲貢獻，以及預測不同設計對車內噪聲的相對影響，目前，統計能量分析和有限元方法一樣，作為CAE主要分析手段分析空氣噪聲。

2.4 傳遞路徑分析法

傳遞路徑分析法[3]建立的模型與有限元方法相似但又不完全相同，它把一個整體的系統分為幾個較為獨立的子結構，每個子結構都以頻響函數來表征其結構特性，各子結構之間通過各種彈性元件相聯結來傳遞信息。這個彈性元件簡化成標量彈簧，從而將系統變成“結構—彈簧”的形式。

3 車內噪聲控制方法

對于噪聲的控制還可以利用AutoSEA軟件，將汽車的設計圖紙導入軟件中，建立汽車車內結構與聲學的3D實體模型，這其實是利用該軟件根據統計能量法的原理預示噪聲后，再利用其強大的后處理能力，有針對性的提出減振降噪的措施。

3.1 被動控制法

在汽車噪聲控制問題研究前期，被動控制法是主要研究方向。它所要解決的途徑主要包括三個方面的噪聲控制：噪聲源輻射隔離、隔絕噪聲傳播途徑、對接收者進行防護。通常可采取以下措施：隔絕傳播途徑就是利用具有彈性和阻尼的材料來對車身進行隔振，改善振源和車身之間的振動傳遞關系，同時利用吸聲涂料、阻尼粘膠等材料來改善車身壁板的隔聲性能，并通過減小乘坐室壁板的孔縫數目和尺寸提高密封性，以削弱氣體傳聲；對接收者進行防護就是戴個人防護耳具。

3.2 主動控制法

噪聲主動控制是近年來逐漸發展起來的一種噪聲控制方法，它對低頻噪聲控制效果較好，此外它還具有對原系統的附加質量小和占用空間小等特點。

基于有源噪聲控制（ANC）原理及“反射鏡”原理降噪的主動控制法，通俗地說就是“以彼之道還之彼身”，用噪音來消除噪音的新技術。這里有兩個技術難點需要去攻克，其一，如何去收集原噪聲波形；其二，如何制造出與之相逆的波形。

4 基于噪聲控制所提出的問題

在主動控制噪聲方法中，有源降噪是新的研究方向，現在的有源降噪只是在較小范圍內用于低頻噪聲，或在較大范圍內降低單一聲波噪聲。也就是說，有源降噪還沒有充分發揮出它應有的優勢。在此，我提出如下三點主動控制噪聲的假設：

其一，減少噪聲源的產生。通過對節氣門位置傳感器的數據分析，在滿足基本路狀條件下減少氣缸工作數量。同時，不同氣缸數在工作時產生的噪聲肯定是不一樣的，那么有必要對主動控制噪聲裝置進行預設。

其二，利用惠更斯原理擴大降噪范圍。目前三維空間有源降噪的研究仍處于實驗室階段，但這也是以后研究過程中的一個方向。

其三，能否通過共振原理將多種聲波共振為一種聲波后，利用有源消聲裝置進行消聲。

5 結論

長久以來，汽車噪聲問題一直是世界各國汽車生產企業重要的研究方向，雖然取得了豐碩的研究成果，但由于問題的復雜性，該領域目前仍然存在著大量的理論和技術空白。因此國內汽車行業應當充分把握這一時機，努力學習國外先進技術以形成后發優勢的同時，通過自主創新，各個擊破，力求取得某些方面的率先突破，從而帶動我國汽車噪聲控制技術的整體跨越式發展。

【參考文獻】

[1]任文堂，郄維周.交通噪聲及其控制[M].北京：人民交通出版社，1984.

[2]高剛.重型商用車車內噪聲的聲源識別與響應分析[D].吉林：吉林大學，2011.

[3]趙彤航.基于傳遞路徑分析的汽車車內噪聲識別與控制[D].吉林：吉林大學博士學位論文，2008.

[責任編輯：張濤]endprint