汽車噪聲來源與控制方法探析

張金迎

【摘 要】汽車性能的一個重要方面是汽車的噪聲水平；噪聲的控制，不僅關系到乘坐舒適性，而且還關系到環(huán)境保護。本文首先介紹了汽車噪聲的主要來源分布，然后分析了汽車噪聲的控制方法。

【關鍵詞】汽車噪聲；來源；控制方法

Analysis on the Source and Control methods of the Vehicle Noise

ZHANG Jin-ying

（Bengbu Automobile NCO Academy， Bengbu Anhui 233011， China）

【Abstract】Noise level is one of the importance aspect of automobile performance .The control of noise is not only related to riding comfort， but also related to environmental protection. The source of automobile noise is introduced， and the control method is analyzed in the paper.

【Key words】Automobile noise； Source； Control method

0 引言

隨著生活水平的提高和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對汽車質量和舒適性的要求越來越嚴格，希望汽車在使用時能保持平順和靜音。城市噪聲的70%來源于交通噪聲，而交通噪聲主要是汽車噪聲。它嚴重地污染著城市環(huán)境，影響著人們的生活、工作和健康。所以，噪聲的控制，不僅關系到乘坐舒適性，而且還關系到環(huán)境保護。然而一切噪聲又源于振動，振動能夠引起某些部件的早期疲勞損壞，從而降低汽車的使用壽命；過高的噪聲既能損害駕駛員的聽力，還會使駕駛員迅速疲勞，從而對汽車行駛安全性構成了極大的威脅。所以噪聲控制，也關系到汽車的耐久性和安全性。因此，振動、噪聲和舒適性這三者是密切相關的，既要減小振動，降低噪聲，又要提高乘坐舒適性，保證產品的經濟性，使汽車噪聲控制在標準范圍之內。

1 汽車噪聲來源分布

汽車主要噪聲來源可以分為發(fā)動機噪聲、車身振動噪聲、底盤噪聲以及空氣動力噪聲等。

1.1 發(fā)動機噪聲

發(fā)動機噪聲包括燃燒、機械、進氣、排氣、冷卻風扇及其他部件發(fā)出的噪聲。

在發(fā)動機各類噪聲中，發(fā)動機燃燒噪聲和機械噪聲占主要成分。燃燒噪聲產生于四沖程發(fā)動機工作循環(huán)中進氣、壓縮、做功和排氣四個行程，快速燃燒沖擊和燃燒壓力振蕩構成了氣缸內壓力譜的中高頻分量。燃燒噪聲是具有一定帶寬的連續(xù)頻率成份，在總噪聲的中高頻段占有相當比重。機械噪聲是指發(fā)動機工作時，各零件相對運動引起的撞擊，以及機件內部周期性變化的機械作用力在零部件上產生的彈性變形所導致的表面振動而引起的噪聲，包括活塞敲擊聲、氣門機構聲、正時齒輪聲。燃燒噪聲和機械噪聲都是由發(fā)動機本體發(fā)出的，并且隨著發(fā)動機轉速的增加，噪聲也相應增加。一般情況下，低轉速時燃燒噪聲占主導地位，高轉速時機械噪聲占主導地位。

空氣動力噪聲是指汽車行駛中，由于氣體擾動以及氣體和其他物體相互作用而產生的噪聲。在發(fā)動機中，它包括進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲?？諝鈩恿υ肼曋苯酉蚩臻g輻射。

1.2 排氣系統(tǒng)噪聲

發(fā)動機排出廢氣時，在排氣門附近，排氣歧管內及排氣管口氣體壓力發(fā)生劇烈變化，在空氣中和排氣管內產生壓力波，輻射出很強的噪聲。發(fā)動機排氣噪聲往往比發(fā)動機其他噪聲源的總噪聲高l0～15dB。排氣噪聲按產生的原因分為三種：（1）排氣門開啟時產生的周期性排氣噪聲；（2）氣體渦流噪聲：當高速氣流通過排氣門和管道時會產生強烈的渦流而輻射噪聲；（3）氣管道共鳴噪聲：包括排氣管、尾管、消聲器內部各連接管道所產生的共鳴噪聲。排氣噪聲的大小與發(fā)動機額定功率、轉速、氣門壓力等因素有關，并隨著發(fā)動機的負荷而變化。對于發(fā)動機排氣噪聲這類空氣動力性噪聲，最有效的降噪措施是在排氣管道中安裝消聲器。消聲器的作用是消耗氣流的能量，平均氣流的壓力波動，讓氣流通過，對噪聲有一定的消減作用。

1.3 傳動系統(tǒng)噪聲

汽車傳動系包括離合器、變速器（分動器）、傳動軸、驅動橋等。傳動系統(tǒng)噪聲主要來源于變速齒輪嚙合傳動的撞擊、振動和傳動軸的旋轉振動，另外，箱體軸承等方面也影響著噪聲的大小。齒輪噪聲以聲波向空間傳出的僅是一小部分。而大部分則成了變速器、驅動橋的激振使各部分產生振動而發(fā)出噪聲。影響齒輪噪聲的因素是十分復雜的，理論分析和實際經驗都表明，為減少齒輪噪聲，不僅要從設計制造精度以及加工精度等方面把因嚙合引起的撞擊聲和激振聲控制到最小程度，而且在維修中要注意齒輪的安裝精度、嚙合間隙的調整。

汽車傳動系中一般都大量應用了軸承，這些軸承會產生噪聲，軸承對整機的支承剛度和固有頻率有較大的影響，支承剛度不當可能會導致整個系統(tǒng)的共振并發(fā)出噪聲。

1.4 輪胎噪聲

輪胎噪聲是汽車的另一個重要的噪聲源。輪胎的噪聲可以分為兩種：一種是輪胎直接放射出來的噪聲，稱為直接噪聲或車外噪聲；另一種是輪胎直接或間接地成為激振源，振動通過懸架和車架傳至車身，成為車廂內的噪聲。

輪胎直接噪聲是由輪胎與路面摩擦所引起的，通常由三部分組成：一是，輪胎花紋間隙的空氣流動和輪胎四周空氣擾動構成的空氣噪音；二是，胎體和花紋部分震動引起的輪胎震動噪音；三是，當汽車通過凸凹不平的路面時，凹凸內的空氣因受擠壓和排放，類似于泵的作用而形成的噪聲。

1.5 氣動噪聲

當車速達到100km/h以上時，氣動噪聲成為最主要的噪聲源。乘用車氣動噪聲與其外型、速度、風向等有關。對于氣動噪聲的研究主要是采用模擬仿真的方法以及進行風洞實驗等。由于受到機械影響和路面激勵作用，造成汽車整體上所有部件都會對外產生噪聲。這些影響汽車噪聲的因素原因復雜，使得控制汽車噪聲仍然顯得十分困難。不同類型的汽車噪聲特征及各個噪聲源所占整車噪聲的能量比率差異也非常大。

2 汽車噪聲控制方法

噪聲控制主要包括從機械原理出發(fā)的噪聲控制、從聲學原理出發(fā)的噪聲控制和主動控制。

2.1 從機械原理出發(fā)的噪聲控制措施

隨著材料科技的發(fā)展，各種新型材料應運而生，用一些內摩擦較大的合金，高強度塑料生產機器零件，對于風扇可以選擇最佳葉片形狀降低噪聲；齒輪改用斜齒輪或螺旋齒輪，嚙合系數大，可降低噪聲3～16dB；改用皮帶傳動代替一般的齒輪傳動，由于皮帶能起到減震阻尼作用；選擇合適的傳動比也能降低噪聲。

2.2 從聲學原理出發(fā)的噪聲控制措施

吸聲：吸聲是用特種被動式材料來改變聲波的方向，在車室內合理的布置吸聲材料能有效降低聲能的反射量，達到降噪的目的。目前在汽車上使用的吸聲材料有：（1）多孔性吸聲材料，其原理是當聲波進人材料表面空隙，引起空隙中的空氣和材料微小纖維的振動來消耗聲能達到吸聲目的，一般有尼龍、人造絲、聚酯等多孔性材料；（2）穿孔板結構，在板與車身之間保留一定的空隙，形成（下轉第135頁）（上接第102頁）赫爾姆霍斯共振腔耗散聲能。

隔聲：這種方法是用某種隔聲材料將聲源與周圍環(huán)境隔離，使輻射的噪聲不能直接傳播到周圍區(qū)域，從而達到降噪目的。常用措施有隔聲材料和隔聲結構，選用隔聲結構時應考慮所隔噪聲的特點、材料、結構性能和成本。目前，通常采用雙層壁結構，在夾層中填充玻璃棉聚酯泡沫、毛氈等吸聲材料，以此提高隔聲效果。

減震：汽車的外殼都是由金屬薄板制成，車身行使過程中，震源將振動傳給車身，在車身中以彈性波形傳播，這些薄板受到激振產生噪聲，同時引起車體上其他部件的振動。因此，為了防止發(fā)動機、傳動系、懸架及輪胎的振動傳人車內，需要加強地板、頂棚等大面積的鈑件的剛度，盡量少用大面積鈑金件，覆蓋件采用加強筋增大剛度，可以防止車身自身振動。

由于發(fā)動機是汽車主要噪聲源，同時距離駕駛員距離最近，因此在引擎蓋內側加貼防火隔音毯、對儀表盤下層加裝消音墊，對吸收發(fā)動機高速轉動時產生的高頻噪聲有明顯效果。此外，在車內乘員廂中央底盤以及行李箱地盤上粘貼阻尼材料和吸聲墊以及防潮吸聲毯，能夠很好抑制板件振動以及由此產生的噪聲和輪胎路面噪聲、排氣噪聲等，大大降低車內乘員的不舒適感，提高汽車NVH性能。

2.3 主動控制

汽車在運行中的降噪主動控制主要是運用重疊聲場相互干涉的原理。把壓電元件嵌入車身結構，傳感器能夠檢測到車身振動并反饋信號給ECU，電信號經過控制算法計算處理后生成相應的控制信號并經過功率放大，驅動驅動器使車身結構產生應變以改變其動態(tài)阻尼，從而實現對車身振動的主動控制。所以通過創(chuàng)建在振幅和頻率上與初級振動大小相同而方向相反的反向聲場，使之與原聲場重疊，即可消除發(fā)動機的振動，從而抑制車內輻射噪聲。

3 結語

綜上所述，噪聲控制的方法有兩種：第一是消減振源；第二是控制噪聲的傳出。被動降噪方法采用阻尼比較大的吸聲材料，利用隔聲、隔振技術進行結構設計控制噪聲，會導致汽車體積大而且降噪效果也不十分理想。而主動控制的關鍵在于硬件基礎、控制邏輯、微處理器等，保證傳感器所測信號的準確性。到目前為止，主動降噪的研究還處于發(fā)展階段，距離技術成熟和普及仍有一定的差距，但也取得了一定的進展，例如在汽車懸架振動中實現了自適應控制，可以預見主動控制技術必將在未來的汽車工程中得到廣泛應用。

【參考文獻】

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[責任編輯：王楠]