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1、汽车振动论文-车内声场降噪 车辆0901 朱广平 汽车车内声场分析及降噪方法研究进展随着汽车工业的发展，汽车给人类的出行带来极大的便利，但同时也带来了噪声污染等社会问题 汽车噪声过大会影响汽车的舒适性 语言清晰度，甚至影响驾驶员和乘客的心理 生理健康，如果驾驶员长期处于噪声环境中容易引起疲劳造成交通事故和生命危险；同时，汽车噪声过大也会影响路人的身心健康，人们长时间接触噪音，会耳鸣 多梦 心慌及烦躁，或直接引起听力下降甚至失聪，其中由车辆噪音间接引发的交通事故，也并不鲜见 因此对汽车噪声进行控制就显得非常必要了。为了治理汽车噪声污染，各国均制定有关标准，我国国家环境保护总局和国家质量监督检验检
2、疫总局于2002年1月4日联合发布了 GB 1495-2002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法强制性标准，代替GB 1495-1979，并于2002年10月1日实施。新标准是在参考 ECE RS1 关于在噪声方面汽车(至少有4个车轮)型式认证的统一规定基础上制定的。新标准的出台，改变了过去标准不科学，测试项目不完整的局面，为治理汽车噪声污染提供了有效的控制手段，对完善我国的汽车噪声标准体系将起到积极的推动作用。汽车是一个高速运动的复杂组合式噪声源。汽车发动机和传动系工作时产生的震动、高速行驶中汽车轮胎在地面上的滚动、车身与空气的作用，是产生汽车噪音的根本原因。 根据汽车噪音对环境的影响，车
3、内噪音是指车厢外的汽车各部分噪音通过各种途径传入车内的那部分噪音以及汽车各部分震动传递路径激发车身各部件的结构震动向车厢内辐射的噪音，这些噪音声波在车内空间声学特性的制约下，生成较为复杂的混响声场，从而形成车内噪音。平静汽车隔音的研发人员通过实验发现抑制车辆内部噪音，改善混响声场最有效的方式就是选择性能优异的隔音材料并利用异型吸音槽来缓冲并吸收汽车噪音，从而在止震和隔音的基础上达到最佳的吸音降噪效果。 产生机理：平静隔音把汽车噪音来源简要分为以下几种：发动机噪音、排气系统噪音、风扇噪音、传动系统噪音、轮胎噪音、制动噪音、气动噪音、车身结构噪音等等，由于车辆噪音的复杂性，以上噪音源并非仅是并列关
4、系，而从平静隔音实际研发的角度看，汽车噪音源还可以在目前的基础上做更进一步的分析。室内噪声传播有左图所示的固体传播和气体传播两种方式。发动机噪音中，除了发动机机体发出的机械声外，还包括进气系统噪音，改装族更换“冬菇头”以后动力增大的同时发动机噪音也增加不少，就是因为对原车进气系统做了改动的原因：高速气体经空气虑清器、进气管、气门进入气缸，在流动过程中，会产生一种很强的气动噪音。降低发动机本身产生的噪音及由发动机震动引起的其它噪音有若干办法： 1 、改造发动机燃烧过程以降低燃烧爆发的冲击； 2 、降低由此冲击产生的激后力引起的发动机各部件震动； 3 、降低由活塞上下运动、曲轴转动引起的不平衡力以
5、及降低发动机机械震动。发动机运转的噪音主要由挡火墙和驾驶室的前底板部位传入驾驶舱，因此，平静汽车隔音通过在 U 槽、挡火墙及底板部位粘贴带异型吸音槽的吸音棉来抑制噪音。排气系统噪音是发动机噪音的一部分，主要包括消声器支撑架及排气管道震动辐射出的噪音，发动机震动及排气动作引起的辐射噪音，还包括由排气口出来的排气噪音。主要降噪方法： 1 、利用消声器降低排气出口噪音，在生产消声器的环节，通过提高仿真计算方法的精度，实现在不增加排气阻力的条件下改善消声效果。 2 、在排气口对排气噪音施加与其幅值大小相等，相位相反的二次声源或震动源，可自动地消除存在的震动噪声问题 ，实现主动降低噪音。 风扇噪音散热风
6、扇通常也称为电子扇，是引擎舱内较大的噪音源。风扇噪音属于空气动力噪音，严格的说，也是构成发动机噪音的一部分。风扇运转过程中，由散热器隔栅吸入的冷却气流，经散热器风扇叶片吸入，从发动机间隙排出，气流运动的这一过程产生了旋转噪音和涡流噪音。夏季在怠速状态下开空调，风扇的运转会明显引起较大噪音。平静隔音研究人员认为风扇的噪音与以下因素密切相关： 1、风扇的外形。风扇外形决定风扇本体的阻力系数。包括叶片数量、叶片间断间隙、叶片角度及弯曲度等。 2、散热器吸入气流的紊流度。 3、风扇叶尖处及缝隙处产生的噪音。因此，对风扇噪音的抑制也主要是从以上几个方面入手。传动系统噪音在传动系中，噪音源主要包括变速器、
7、分动器、传动轴、差速器和减速器等，传动系统噪音是由发动机传来的震动引起离合器盖、变速器盖等辐射出的噪音以及齿轮啮合激震引起壳体辐射发出的噪音。这些噪音既有内部齿轮和轴承运转引起的，也有其它机构传递来的。传动系统的噪音是在一辆车出厂前就决定了的，很难通过后期的降噪措施得到根本性的改善。有些发烧友通过更换变速器等改装措施来提高操控性和舒适性，由于改装会影响到车辆的性能，不在平静隔音的研发范畴，在此不予论述。轮胎噪音轮胎噪音是由轮胎与路面摩擦所引起的，是构成底盘噪音的主要因素。一般的胎噪主要由三部分组成：一是轮胎花纹间隙的空气流动和轮胎四周空气扰动构成的空气噪音；二是胎体和花纹部分震动引起的轮胎震动
8、噪音；三是路面不平造成的路面噪音。特殊行驶环境下，轮胎还会发出震鸣声和溅水声。轮罩下部的凹凸导致气流分离，也会产生较强的噪音，轮罩内车轮回转的诱起风以及引擎室排出的风噪是轮罩下部噪音的主要来源。不同类型路面对胎噪的影响是不同的，平静隔音的技术人员通过对不同路面与胎噪的关系进行对比测试，发现路面状况对某一车况的轮胎噪声影响如下图：路面类型 噪声级 dB （ A ） 光滑混凝土路面 70 光滑柏油路面 72 磨损混凝土路面 72 粗糙混凝土路面 78 主动降低胎噪的办法主要是： 1 、改善胎面形状 2 、改善橡胶材质 3 、改善路面状况 4、阻隔胎噪向驾驶舱的传播。制动噪音汽车制动而产生的噪音主要
9、有制动器的尖叫声、轮胎与地面的摩擦声以及车身板件的震颤声等，制动噪音一般是指制动器工作时产生的鸣叫。一个设计合理，装配精准，保养良好的制动器是没有或只有很小噪音的。车辆下坡时长时间踩踏刹车会因高温造成刹车盘损坏，日后再工作的时候就会发生尖锐的鸣叫。平静隔音对制动噪音处理的重点是通过粘贴吸音棉或隔音垫来减缓车辆紧急制动时引起的车身板件震颤。而对制动系统的改进，超出了平静隔音研究的范畴，不在我们探讨之列。气动噪音行驶中的汽车由于其周围的风而产生的噪音称为气动噪音，为寻求有效的隔音降噪方法，平静隔音的技术人员又把这种噪音进一步分为三种类型：一是风噪，就是由车身周围气流分离导致压力变化而产生的噪音；二
10、是风漏，或叫吸出音，是由驾驶室及车身缝隙吸气而与车身周围气流相互作用而产生的噪音；三是其它噪音，包括空腔共鸣、风扇噪音、导管管道噪音以及天线、雨刮器、后视镜及扰流器等附件震动引起的噪音。克制风漏及空腔共鸣的有效办法是在车门以及引擎盖周围设计密封条，通过对不同车型的不同部位粘贴密封条，达到使开放气流的背后不产生涡流，由流动再附着来达到有效抑止气动噪音的目的，此外，不同规格的密封条也可以有效隔绝来自车身以外的噪音。车辆在高速行驶过程中，由于引擎盖的侧面和上部出现气流分离，会产生数百赫兹以下震动频率的气动噪音，如果引擎盖下沿有间隙，通过间隙还会发出很大噪音，平静隔音对该处噪音的抑制主要从两方面着手：
11、一是在引擎盖的边沿部位粘贴专用密封条，二是在引擎盖内沿雨刮器下部的 U 槽部位粘贴带有异型吸音槽的吸音棉。车身结构噪音车身结构噪音主要包括两个部分，一是车身震动噪音，二是空气与车身之间的冲击和摩擦声，即气动噪音。前者受车身结构形式、发动机安装方式、各种激励源特性等多种因素影响，后者受车身外形结构和行驶速度的影响。由于两者都与车身结构密切相关，所以对其进行控制主要是改进车身的设计。包括改进车身结构；减少震动传递；改进车身外形等措施，车身上的板件由于在外力作用下极易产生震动而辐射噪音，而且辐射效率较高，因此成为主要控制对象，平静隔音一般采取以下措施控制其震动和噪音：一是通过粘贴平静隔音垫适当增加板
12、件的刚度，减弱板件震动；二是通过粘贴隔音吸音棉，减少震动传递同时提高板件对震动的衰减；三是专用胶粘剂固化后自然形成胶粘阻尼层，有效降低了震动引起的辐射噪音。 此外，因组装工艺问题或设计不良也会引起各种杂音，比如常见的螺丝松动、装配精度不够引起的部件之间空隙过大以及发动机支架设计不合理、减震橡胶垫老化等等。除了更换减震橡胶垫和紧固螺丝之外，粘贴平静多功能密封条或专业密封条也可以改善因装配不良引起的噪音。在汽车内部控制噪声，根据噪声产生的原理，可以把噪声控制技术分为以下两类：一是对噪声源的控制，二是对噪声传播途径的控制。对噪声源的控制是最根本、最直接的措施，包括改造振源和声源等。但是对噪声源难以进
13、行控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声减振及隔振等措施。汽车的减振降噪水平还与整车的动力性、经济性、可靠性以及强度、刚度、质量、制造成本和使用密切有关。随着微电子学的发展，主动控制降噪得到广泛应用。噪声主动控制是近20年来发展起来的一种全新的噪声控制方法。与传统降噪措施相比，其突出优势在于低频噪声控制效果好，此外，它还具有对原系统的附加质量小和占用空间小等特点。主动噪声控制通常是利用声波干涉的原理进行以声消声的控制 当两个声波在叠加点处振动的方向一致。频率相同及相位差恒定时，它们会发生干涉现象，引起声波能量在空间的重新分配，此时利用人为的声源(次级声源)，使其产生的声
14、场与原噪声源(初级声源)产生的声场发生相干性叠加，产生“静区”，从而达到降低噪声的目的。（1）发动机优化设计柴油机燃烧的特点决定了降低柴油机噪声的主要是控制燃烧噪声，根本措施是适当降低柴油机燃烧过程中速燃期内汽缸内的平均压力增长率（取决于着火延迟期和在着火延迟期形成的可燃混合气的数量和质量），一次可以采取选用十六烷值干的燃料、合理组织喷油过程、选用良好的燃烧室形状等措施。（2）发动机表面噪声的传播途径控制发动机燃烧激振力和机械激振力通过发动机个结构零件传动到发动机的外表面，形成表面的振动响应，表面振动又激发空气质点的振动而形成声波向外辐射，可采取以下措施控制发动机表面噪声：1）增加机体刚度：如
15、缸体可以采取过激先进的梯形框架结构，采用后置正时齿轮传动方式增加齿轮传动系统的刚度，还可以加强部件配重等等。2）对壁面采取阻尼措施：发动机中最易采取阻尼措施的是一些罩、盖、如正时齿轮室盖、油底壳和曲轴皮带轮等，这些零件由常常是较强的噪声辐射源。可以将阻尼材料以自由或约束状态敷在振动体上，已达到减振和减小辐射噪声的目的。3）隔声处理：包括局部隔声和整体隔声。局部隔声是指对气门室盖、油底壳、正式齿轮室盖、曲轴箱等噪声辐射较强的表面装设隔声装置以降低辐射噪声。整体隔声是指对整个发动机表面装设隔声装置。整体隔声罩虽然效果比局部隔声好，但是受到发动机的散热、材料的耐高温等条件的限制。4）隔振措施-弹性安装：各种盖板固定点尽量固定在振动级较低的机体位置上。5）进、排气噪声控制：改进空滤器结构；加进气消声器；安装性能优良的排气消声器。6）风扇噪声控制：增加风扇直径降低转速，减小噪声；改进导风罩形状；增加散热器尺寸；选用合适的叶片数，同时选用合适的叶片材料；安装风扇自动离合器，使风扇在需要状况下工作。2、控制噪声传播途径由于汽车上几乎所有的噪声源对车内噪声都有贡献，加之车身对外部噪声可能有放大作用，且车身自身也会产生噪声，因此车内噪声控制是一项比较复杂的工作，其控制的途径主要有三：减弱声源强度，隔绝传播途径，吸声处理。一消除或减弱噪声源的噪声辐射降低汽车上任何一个声源的噪声能
