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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jì)、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(jì)成為車輛設(shè)計(jì)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(jí)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(jìn)行分析研究，并基于某款車型進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)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(diǎn)之一，汽車是一個(gè)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(dòng)機(jī)噪音和底盤噪音，主要與發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)途徑傳入車內(nèi)。

發(fā)動(dòng)機(jī)噪音又可分為空氣動(dòng)力性噪音、機(jī)械噪音和燃燒噪音?？諝鈩?dòng)力性噪音主要包括進(jìn)、排氣和風(fēng)扇噪音。這是由于進(jìn)氣、排氣和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)引起了空氣的振動(dòng)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(jìn)排氣消聲器時(shí)，排氣噪音是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大噪音源，進(jìn)氣噪音次之。風(fēng)扇噪音特別在風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)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(dòng)通過缸蓋、活塞、連桿、曲軸、機(jī)體向外輻射的噪音叫燃燒噪音。將活塞對缸套的撞擊、正時(shí)齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、噴油系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)件機(jī)械撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)的噪音叫作機(jī)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(huì)不斷地與地面產(chǎn)生摩擦，從而推動(dòng)汽車前進(jìn)，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(gè)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(dòng)形成切入風(fēng)，從而產(chǎn)生震動(dòng)，形式噪音。此外，汽車行駛中底盤發(fā)生震動(dòng)，路面上的沙石飛濺，與底盤發(fā)生碰撞等，都會(huì)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(shí)別噪音源→識(shí)別傳遞途徑→分析車身板件聲輻射貢獻(xiàn)→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(jìn)措施并進(jìn)行實(shí)施后評(píng)價(jià)。

2.1識(shí)別噪音源

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

2.2識(shí)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(dòng)傳遞途徑和空氣傳播通道。如果能確定固體振動(dòng)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(jìn)行改善，從而達(dá)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(dòng)總是通過車身的板件與車內(nèi)相互耦合振動(dòng)，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(yùn)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(jìn)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(gè)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(bào)價(jià)尿素的價(jià)格為1 630元/t，普通過磷酸鈣的價(jià)格為350元/t。以中國沼氣農(nóng)戶對沼肥的利用率40%[17]計(jì)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(jìn)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(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬分析，經(jīng)過仿真模型的驗(yàn)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(jìn)行關(guān)鍵因素的優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得車內(nèi)優(yōu)良的聲學(xué)特性。

2.6確定改進(jìn)措施并進(jìn)行評(píng)價(jià)

最終對轎車噪音情況的改進(jìn)必須在特定工況下，對實(shí)車進(jìn)行測試與檢測。依據(jù)專業(yè)人士的主觀評(píng)價(jià)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的客觀評(píng)價(jià)，可以確定噪音改進(jìn)的實(shí)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(dòng)機(jī)噪音的方法

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)噪音通過前翼子板、發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)艙的噪音，可以對這些相關(guān)部位進(jìn)行止振和密封。

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

3.2降低風(fēng)噪的方法

汽車在行進(jìn)過程中，空氣與車體之間產(chǎn)生快速相對流動(dòng)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(qiáng)車輛的嚴(yán)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(shí)速120km時(shí)聽到的風(fēng)噪，只相當(dāng)于時(shí)速80km時(shí)的噪音。與此同時(shí)，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(diǎn)。一是輪胎四周空氣擾動(dòng)和輪胎花紋間隙的空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的空氣震動(dòng)噪音；二是胎體和花紋部分震動(dòng)所產(chǎn)生的輪胎震動(dòng)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(dòng)噪音。當(dāng)轎車在顛簸不平的路面上行駛時(shí)，輪胎與地面之間產(chǎn)生磨擦、沖擊，由此產(chǎn)生的震動(dòng)與擋泥板、翼子板部件的震動(dòng)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(yùn)動(dòng)，采用靜音性設(shè)計(jì)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(jì)花紋時(shí)，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(jìn)入接地面時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(jìn)行區(qū)分，識(shí)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(shí)車裝配驗(yàn)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(jìn)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(dòng)機(jī)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(jìn)行封閉處理，能有效地降低噪音的擴(kuò)散。

（3）針對通過振動(dòng)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(dòng)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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