汽車噪聲控制方法分析

徐美滟

摘 要：隨著人們生活水平的提高，車主對乘坐的舒適性要求越來越高。同時，噪聲控制的環(huán)保法規(guī)日趨嚴格，車輛的NVH控制成為大多數(shù)汽車企業(yè)必須要面對的問題。文章從汽車噪聲的來源和產(chǎn)生機理進行分析，總結(jié)一些汽車噪聲的控制和減弱方法。

關(guān)鍵詞：噪聲；振動；噪聲源；傳遞介質(zhì)

中圖分類號：U467.4+93 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0114-03

Abstract： With the improvement of people's living standards， vehicle owners pose higher and higher requirements for ride comfort. At the same time， the environmental laws and regulations of noise control are becoming more and more strict， and NVH control of vehicles has become a problem that most automobile enterprises have to face. In this paper， the origin and mechanism of automobile noise are analyzed， and some methods of controlling and abating automobile noise are summarized.

Keywords： noise； vibration； noise source； transfer medium

前言

NVH指的是Noise（噪聲）、Vibration（振動）Harshness（平穩(wěn)舒適度），是衡量汽車質(zhì)量的一個重要指標。噪聲是人耳所能聽到的，振動是人們所觸摸和感受到的，平穩(wěn)舒適性是車主能夠直接感受到的，其中，噪聲和振動可用客觀測量方法來度量，平穩(wěn)舒適度是指噪聲和振動的品質(zhì)，是噪聲和振動主觀感覺。汽車噪聲控制，是提高乘坐舒適性的一個方面，同時與環(huán)境保護、身體健康密切相關(guān)。無論是車主還是行人，汽車噪聲分貝過高，會影響人類的聽覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，干擾人們的正常生活和休息，會導致駕駛員和行人高度緊張，迅速疲勞，過高的分貝還會影響人的聽力，引起心血管疾病、內(nèi)分泌疾病等，對駕駛安全和行人安全構(gòu)成威脅。同時，噪聲伴隨的振動會引起汽車零部件的松脫和疲勞損壞，引發(fā)故障，縮短汽車的使用壽命。因此，必須采取有效措施對車輛噪聲加以控制，減小振動，降低噪聲，使汽車噪聲控制在標準范圍內(nèi)，以提高乘坐舒適性，保證產(chǎn)品的經(jīng)濟性和使用壽命。

1 汽車噪聲的產(chǎn)生機理

從物理學上講，噪聲是發(fā)聲體做無規(guī)則振動時發(fā)出的聲音。從總體講，噪聲由物體振動產(chǎn)生。噪聲的傳遞有三要素：激勵源（噪聲源和振動源）、介質(zhì)（振動傳遞器和噪聲發(fā)射器）、接受體（主要指駕駛員和乘客）。

1.1 汽車噪聲的來源

汽車是由成千上萬個零部件構(gòu)成，通常由機械部分和電子兩大部分組成，在車輛行駛過程中，由于空氣阻力的存在，主要考慮空氣、機械、電磁三部分會產(chǎn)生汽車噪聲。從汽車結(jié)構(gòu)上來說，汽車噪聲主要分為發(fā)動機噪聲、底盤噪聲、電氣設(shè)備噪聲、車身噪聲。

（1）發(fā)動機噪聲：發(fā)動機作為整車的動力源，主要是燃燒過程（進氣、壓縮、做功、排氣）中的噪聲，同時機械零部件的運轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生機械振動，包括配氣機構(gòu)（凸輪軸、進排氣門的開啟和關(guān)閉等）、活塞連桿的上下往復運動、曲軸飛輪組的旋轉(zhuǎn)運動都會伴隨振動和噪聲。（2）電氣設(shè)備噪聲：車上的電氣設(shè)備包括風扇、發(fā)電機、起動機、空調(diào)、車窗、中控門鎖、音響設(shè)備等等。汽車靜止狀態(tài)下，開關(guān)門、開鎖落鎖、發(fā)動機啟動伴隨的聲音是比較清晰的，但一旦車輛啟動，幾乎可以忽略不計。車輛行駛過程中，冷卻風扇、發(fā)電機的噪聲是一直伴隨，尤其是冷卻風扇，作為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，風扇負荷越大，噪聲會越大。在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速小負荷運轉(zhuǎn)時，風扇噪聲比發(fā)動機本體噪聲要低得多，但在高轉(zhuǎn)速時，風扇噪聲往往成為主要的甚至最大的噪聲源。（3）底盤噪聲：汽車底盤主要包括傳動系統(tǒng)（離合器、變速器、驅(qū)動橋）、行駛系統(tǒng)（輪胎、懸架、車架、車橋）、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中主要涉及汽車噪聲的是傳動機構(gòu)的噪聲、輪胎、制動。主要包括離合器工作、手動變速器換擋、各部件的連接配合引起的噪聲、車輛行駛過程中的胎噪、異常駕駛的產(chǎn)生的爆胎、車輪打滑時產(chǎn)生的噪聲、緊急制動的剎車噪聲、剎車片過度磨損后的尖叫等。（4）車身噪聲：主要是車身結(jié)構(gòu)、造型及附件的安裝不合理引起的噪聲。

汽車主要振動源有：發(fā)動機自身振動、排氣系統(tǒng)振動、傳動軸振動、懸架振動、路面激勵等。

1.2 噪聲的傳遞介質(zhì)

汽車的振動主要來自于路面，傳遞介質(zhì)主要有發(fā)動機的懸置、車身、懸架、排氣系統(tǒng)懸置等； 汽車噪聲主要由車內(nèi)噪聲和車外噪聲，主要通過車身孔隙和車身進行傳遞。

2 汽車噪聲控制方法

從汽車噪聲的產(chǎn)生機理來看，噪聲的控制也可從三方面入手。一是對噪聲源進行控制，通過通過改造振源和聲源，降低噪聲的激振力減弱激勵源的影響。二是對噪聲和振動的傳播途徑的控制，通過吸聲、隔聲、消聲、減振及隔振等措施來切斷或阻隔傳播路徑。三是對噪聲接受者的保護。其中對噪聲源的控制是最根本、最直接的措施。

2.1 對噪聲源進行控制

對噪聲源的控制基本在汽車制造過程中，通過動力總成和底盤的安裝和調(diào)校來完成。

（1）發(fā)動機的振動與噪聲。發(fā)動機是產(chǎn)生振動和噪聲的根源，約占整車噪聲的二分之一以上，主要由燃燒噪聲和機械噪聲構(gòu)成。燃燒噪聲，是由于不正常的燃燒引起的發(fā)動機的汽缸壓力增大，加劇震動和噪聲，比如爆燃和表面點火現(xiàn)象。針對爆燃引起的噪聲，在發(fā)動機機體上設(shè)置有爆震傳感器監(jiān)測爆震，通過閉環(huán)控制來進行點火提前角修正。同時，通過有限元分析對發(fā)動機的汽缸蓋進行優(yōu)化，選擇合適的壓縮比，采用隔熱活塞縮短滯燃期，通過二次噴射改善不同工況下的燃燒過程，利用廢氣再循環(huán)降低熱負荷和機械負荷都可以有效的降低燃燒噪聲。機械噪聲，是由于機械傳動時，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機械部件和殼體產(chǎn)生振動而輻射產(chǎn)生的噪聲。對于發(fā)動機而言，主要是活塞連桿的上下往復運動受到側(cè)向力撞擊汽缸壁產(chǎn)生的敲擊聲，以及齒輪運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲。（2）進排氣噪聲。進氣噪聲與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速有關(guān)，節(jié)氣門開度越大，轉(zhuǎn)速越快，進氣噪聲越大。傳統(tǒng)的自然吸氣發(fā)動機主要受到進氣壓力、渦流運動、與缸體共振的影響，增壓式發(fā)動機主要受到增壓器的影響。排氣噪聲，主要受到排氣壓力的影響，在做功沖程末了，燃燒的高溫廢氣在缸內(nèi)高氣壓的影響下排出汽缸，會產(chǎn)生脈動噪聲，氣體通過氣門座時產(chǎn)生渦流運動，受到邊界層氣流的擾動以及排氣口處的噴流，都會產(chǎn)生噪聲。對于進排氣噪聲，最有效的方法是采用消聲器。在進氣管處采用進氣消聲器，與空氣濾清器構(gòu)成諧振腔，并利用吸聲材料進一步吸收振動。在排氣管處，發(fā)動機排氣歧管到消聲器入口的一段管路，采用柔性管的減振，也可采用并聯(lián)流路的雙功能消聲器嗎，通過雙層隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步消聲減振。（3）傳動系統(tǒng)噪聲。傳動系統(tǒng)噪聲主要是機械噪聲，與發(fā)動機機械系統(tǒng)噪聲一樣，主要的控制方法包括：提高傳動部件制造的精度；采取有效的潤滑，減少部件間的撞擊和摩擦；改變齒輪材料，增大系統(tǒng)的阻尼，以避免共振；適當?shù)脑龃簖X輪螺旋角；做好動平衡，正確地校準運動中心；在裝配過程，嚴格安裝裝配工藝進行，提高裝配精度，保證機件間的配合間隙等。（4）車身噪聲。車身噪聲與速度有關(guān)，主要來源于空氣動力噪聲。車速越高，噪聲越大。對于此類噪聲，一是，從汽車設(shè)計上進行優(yōu)化和控制，降低車輛的行駛阻力對車身進行流線型，實現(xiàn)光滑過渡；二是，改善車輛的密封性能；三是，在車身與車架之間采用彈性元件連接。（5）輪胎噪聲。輪胎噪聲和路噪，是由于汽車在行駛中，輪胎對空氣以及路面的擠壓和摩擦產(chǎn)生的。胎噪的大小與路況、輪距、輪胎花紋、輪胎類型、輪胎材料有關(guān)。要想改善胎噪，第一，改善路面狀況，路況越好，胎噪越小。第二，從選擇一條好輪胎開始。優(yōu)選子午線輪胎；在材料上，選擇有彈性且柔軟度高的橡膠；在花紋上，選擇花紋盡量少的，以減少路面和輪胎間的空氣進入量，減少空氣擠壓。

2.2 對噪聲和振動的傳播途徑的控制

汽車噪聲主要通過車身孔隙和車身進行傳遞。在汽車高速行駛過程中，由于高速空氣的流動，產(chǎn)生振動，噪聲會加劇。在汽車設(shè)計制造過程中，可以通過吸聲、隔聲、消聲、減振及隔振等措施來切斷或阻隔傳播路徑。本質(zhì)上說，汽車隔音降噪工程本該在汽車制造和設(shè)計過程中，進行施工。然而，為了提高銷量，壓縮成本，制造商在制造流程上，優(yōu)先保證了車輛行駛時的動力性、經(jīng)濟性等硬件需求，對于低配、簡配的車輛，將舒適性放在其次，縮減了隔音降噪的一些配置，于是，在汽車后市場，應(yīng)對“汽車隔音降噪工程”的的汽車改裝應(yīng)運而生。在汽車改裝店進行的汽車隔音降噪，大都是在傳播途徑上進行控制。在不破壞原車電路、動力系統(tǒng)和車體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用聲學產(chǎn)品，如隔音減振材料、吸音材料，對車身孔隙進行密封、吸聲，減弱對車廂內(nèi)乘客的影響。一是，隔音減震材料的使用，即止震板。止震板一般由環(huán)保丁基膠和鋁板組成，通過丁基膠粘貼在車輛容易振動的發(fā)動機、底盤、地板、頂棚、后備箱等位置，約束阻尼，減小車輛本身的鋼板振動頻率，減小共振。同時，利用丁基膠的阻尼層來減少噪音傳入。二是，吸聲材料。市場上常用的有白棉和黑棉之分，白色溫莎棉用來吸音、黑棉用來隔音，在車門、引擎蓋、尾門、后備箱等部位進行雙層或三層隔音減震，以緩解振動，降低噪音。在吸聲材料里，水平分布著開口腔與閉口腔，能有效地將噪聲轉(zhuǎn)化為機械能和熱能消耗掉，從而達到吸收噪聲的目的。特點是輕，缺點是易吸水，不易用在門的部位。在汽車隔音降噪工程中，最主要的施工部位包括：四門和后備箱，次要的是引擎艙、地板和頂棚。四個車門和后備箱是外界路噪、空氣噪聲以及胎噪進入乘客艙的主要路徑，在施工過程中，通過止震板、隔音棉、密封膠條來起到隔音作用。

3 結(jié)束語

汽車噪聲的控制還是需要在汽車設(shè)計和制造上對噪聲源加以優(yōu)化，在汽車后市場通過對傳遞介質(zhì)進行隔音減振畢竟是有限的。

同時，需要注意的是，汽車后市場的隔音減震改裝、音響改裝，隔音品牌良莠不齊。大多數(shù)品牌沒有生產(chǎn)和研發(fā)能力，施工質(zhì)量、服務(wù)規(guī)范、材料品質(zhì)等不能得到很好保證，缺少必要的行業(yè)規(guī)范和約束。施工時大肆拆除的功能部位，不能得到有效完整的復原，在施工后的噪聲測試上，也大多以主觀感受為主，施工后的行車、用車安全不能得到保證。

總之，汽車行駛過程中的噪聲和振動是不能根除的，還是需要汽車前和汽車后市場的通力合作，目前需要做的是，在汽車制造過程中嚴控工藝，提高標準，把握細節(jié)，在汽車后市場，對改裝企業(yè)進行約束規(guī)范，對產(chǎn)品質(zhì)量進行把控。

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