關(guān)于車內(nèi)噪聲測(cè)量、分析、控制的研究

遼寧曙光汽車集團(tuán)有限公司黃海汽車研究院 彭大偉 劉斐

關(guān)于車內(nèi)噪聲測(cè)量、分析、控制的研究

遼寧曙光汽車集團(tuán)有限公司黃海汽車研究院 彭大偉 劉斐

本文概括地介紹了車內(nèi)噪聲研究的發(fā)展和現(xiàn)狀，通過(guò)從結(jié)構(gòu)傳播噪聲和空氣傳播噪聲兩方面入手，測(cè)量、分析車內(nèi)噪聲的主要噪聲源。針對(duì)不同噪聲源采取了各項(xiàng)減振降噪措施，為車內(nèi)噪聲控制途徑指明了方向。

車內(nèi)噪聲 分析 降噪 發(fā)展與應(yīng)用

一、研究背景與意義

隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈和市場(chǎng)對(duì)汽車產(chǎn)品要求的日趨多樣化，促使各整車和零部件企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)的周期越來(lái)越短。整車開發(fā)已不在是單純的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，整合匹配出滿足法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求或最優(yōu)的整車系統(tǒng)性能，已成為整車開發(fā)的核心。影響汽車乘坐和使用環(huán)境重要因素的振動(dòng)噪聲性能，作為重要的法規(guī)和競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)在當(dāng)今產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中體現(xiàn)的越來(lái)越舉足輕重。振動(dòng)噪聲控制和研究更加受到重視，從方法上看，隨著整車開發(fā)職能的轉(zhuǎn)變使得整車開發(fā)對(duì)于整車振動(dòng)噪聲性能的控制的重點(diǎn)從過(guò)去的控制零部件和總成入手轉(zhuǎn)變?yōu)槠赜趯?duì)總成之間性能的總體匹配。

轎車行駛會(huì)發(fā)生噪聲，這些噪聲會(huì)隨著車速的增加而增大，針對(duì)噪聲的聲源而采取對(duì)應(yīng)的防范措施，是轎車制造技術(shù)的內(nèi)容之一。

二、車內(nèi)噪聲研究的發(fā)展歷程

噪聲的危害是多方面的，而車內(nèi)噪聲對(duì)乘員在噪聲方面的影響也就是最大的，如何降低車內(nèi)噪聲，成為了汽車行業(yè)的一個(gè)新的課題。

早期的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率很低，而且只是在城市道路上低速行駛，噪聲與振動(dòng)的問(wèn)題并不突出。20世界50年代，一部中型轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率只有幾十馬力，后來(lái)達(dá)到100馬力。到了20世紀(jì)90年代，一部中型轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率可以達(dá)到200馬力，車速可以達(dá)到200km/h，振動(dòng)與噪聲就開始成為汽車開發(fā)工程中最重要的問(wèn)題之一。20世紀(jì)80年代后，轎車車內(nèi)噪聲越來(lái)越低，以達(dá)到顧客的滿意。

隨著汽車技術(shù)的不斷推陳出新，各級(jí)供應(yīng)商和整車廠之間日益緊密的合作，不同品牌汽車的使用性能和安全性能之間的差別日趨縮小。相比之下，汽車的舒適性，如車內(nèi)噪聲就成為區(qū)分汽車品質(zhì)好壞的重要因數(shù)之一。因此，汽車廠商非常重視提高噪聲的性能，并希望用它來(lái)展現(xiàn)新車型的特點(diǎn)。

近20多年來(lái)，汽車上的吸聲和隔聲材料用的越來(lái)越多，阻尼材料也廣泛應(yīng)用，吸聲和隔聲效果越來(lái)越好。為了抑制輻射噪聲，雙層板結(jié)構(gòu)已經(jīng)用在了一些部件上，如排氣多支管和消聲器外殼。

三、 國(guó)內(nèi)外對(duì)汽車噪聲的研究成果

車輛噪聲控制方面，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者很早就開始了試驗(yàn)、研究工作，里卡多試驗(yàn)室通過(guò)在大型車輛上采用屏蔽和隔聲罩得到的某些結(jié)果證實(shí)，把附有吸聲材料的貼層緊貼在發(fā)動(dòng)機(jī)表面上，可以有效地降低車輛噪聲4~5dB（A）。我國(guó)在降低噪聲方面也做了不少的試驗(yàn)研究，如張沛商通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)球磨機(jī)采取隔聲措施，能使其對(duì)外輻射噪聲降低30 dB（A）。

根據(jù)噪聲產(chǎn)生和傳播的機(jī)理，可以把噪聲控制技術(shù)分為以下三類：①噪聲源的控制 ；②噪聲傳播途徑的控制；③車內(nèi)噪聲的吸收

降低汽車上任何一個(gè)聲源的噪聲能量，對(duì)車內(nèi)噪聲控制都是有利的，尤其是降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲，對(duì)車內(nèi)噪聲的降低更有其重要意義。對(duì)車內(nèi)噪聲源的控制綜合起來(lái)大致可分為被動(dòng)控制和主動(dòng)控制。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)不同車型的車內(nèi)噪聲被動(dòng)控制技術(shù)也進(jìn)行了大量的研究并取得了一定的成績(jī)。并且研制出各種先進(jìn)的吸聲、隔音材料（泡沫鋁、不同壓縮模數(shù)的復(fù)合板、穿孔板）。所謂有源噪聲控制是在指定區(qū)域內(nèi)人為地、有目的地產(chǎn)生一個(gè)次級(jí)聲信號(hào)去控制初級(jí)聲信號(hào)，以達(dá)到降噪目的。該項(xiàng)技術(shù)早在30年代由德國(guó)物理學(xué)家Lueg提出并申請(qǐng)了專利。而封閉空間聲場(chǎng)的有源控制研究從20世紀(jì)80年代中期才開始進(jìn)行的，英國(guó)ISVR的Nelson等人研究了有源消聲系統(tǒng)次級(jí)聲源陣列和監(jiān)測(cè)傳聲器的最有布防問(wèn)題，并開始在轎車車內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)有源降噪研究。目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有研究出適用的車內(nèi)有源降噪控制系統(tǒng)。有源振動(dòng)控制，又叫主動(dòng)振動(dòng)控制。AVC系統(tǒng)是聲學(xué)、振動(dòng)學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算科學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等多學(xué)科的綜合運(yùn)用，因而該研究包括控制理論、控制機(jī)理、傳感器、次級(jí)振動(dòng)源的研究以及復(fù)雜系統(tǒng)的研究。目前美國(guó)和澳大利亞等在主動(dòng)振動(dòng)控制的方面處于領(lǐng)先地位，主要傾向于采用次級(jí)振源進(jìn)行結(jié)構(gòu)聲的主動(dòng)控制，并已經(jīng)在諧振機(jī)構(gòu)噪聲的主動(dòng)控制中獲得初步驗(yàn)證。

噪聲的傳播途徑有兩種，一種是結(jié)構(gòu)傳播，一種是空氣傳播。噪聲傳播途徑的控制，又稱為無(wú)源噪聲控制，它通過(guò)特殊的材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使車體外部噪聲傳遞到車體內(nèi)部時(shí)被轉(zhuǎn)化成為：①一部分被反射；②一部分在經(jīng)過(guò)車體時(shí)被轉(zhuǎn)化成其他形式的能量或波形而被吸收；③剩下的一部分透過(guò)車體進(jìn)入車輛內(nèi)部。為減小汽車行駛過(guò)程中傳入車內(nèi)的噪聲，可以利用具有彈性和阻尼的材料來(lái)阻斷結(jié)構(gòu)噪聲；也可以利用涂布、阻尼粘膠等材料來(lái)提高車身壁板的隔聲性能并減小車身壁板的空縫數(shù)目和尺寸，從而增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)的隔聲量，削弱或阻斷氣體傳聲。

四、車內(nèi)噪聲的未來(lái)發(fā)展方向

在汽車工業(yè)不斷發(fā)展的今天，隨著主要噪聲振動(dòng)源的性能改善，諸多次要噪聲振動(dòng)源突出出來(lái)。因此，降低系統(tǒng)和零部件的噪聲振動(dòng)變得越來(lái)越重要。同時(shí)，為了節(jié)省燃油，汽車輕型化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)輕量化使得噪聲與振動(dòng)特征發(fā)生變化，隨之帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。目前一些新的動(dòng)力系統(tǒng)問(wèn)世，比如混合動(dòng)力、燃料電池、變氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)等。這些新型動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲振動(dòng)特點(diǎn)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相差甚遠(yuǎn)，于是新的課題擺在面前。并且，現(xiàn)在顧客還關(guān)心汽車使用若干年后的性能，這樣就帶來(lái)了汽車高里程時(shí)的噪聲與振動(dòng)控制問(wèn)題。系統(tǒng)穩(wěn)定性能成為汽車品牌的一個(gè)重要指標(biāo)。面對(duì)新問(wèn)題和新的挑戰(zhàn)，在汽車發(fā)展領(lǐng)域，降低噪聲與振動(dòng)的努力還在繼續(xù)著。

[ 1 ] 徐永成，溫熙森，陳循，等.有源消聲技術(shù)與應(yīng)用述評(píng)。國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23：119-124

[ 2 ] 劉鵬.汽車車內(nèi)噪聲的預(yù)測(cè)和控制. 石家莊鐵道學(xué)院，2006

[ 3 ] 常振臣，王登峰，周淑輝，等.車內(nèi)噪聲控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望.吉林大學(xué)學(xué)報(bào) 2002，32：86-90

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