汽车噪声控制方法研究

随着汽车工业的发展，汽车给世界带来了现代 物质文明，但同时也带来了环境噪声污染等社会问 题。至此汽车噪声控制日益引起人们的关注，尤其近 几年来，作为汽车乘坐舒适性的重要指标，汽车噪声 也会在很大程度上反映出生产厂家的设计水平及工 艺水平，噪声水平成为衡量汽车质量的重要标志之 一，因此控制汽车噪声到最低水平也是追求的方向。 汽车噪声通过声辐射的方式传到车外、车内，为了达 到国家规定的噪声，需要控制车辆外部噪声；随 着现代汽车对乘坐的舒适性和行使安全性的要求越 来越高，需要降低车辆内部的噪声。车内噪声过大会 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；车外 噪声过大会影响路人的身心健康。因此只有掌握车 辆噪声产生机理采取对症下药就显得非常必要了。 1车辆噪声分类和产生机理 车辆噪声主要是发动机噪声，按其产生的机理 可以分为结构振动噪声和空气动力噪声。 1.1空气动力噪声 凡是由于气体扰动以及气体和其他物体相互作 用而产生的噪声称为空气动力噪声，它包括进气噪 声、排气噪声、风扇噪声。进气噪声的主要成分通常 包括：周期性压力脉动噪声、涡流噪声、气缸的亥姆 霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声；排气噪声 是汽车及其发动机中能量最大的最主要的噪声源， 它的噪声往往比发动机整机噪声高10~15dB(A)，因 此降低排气噪声是主要的；风扇噪声在空气动力噪 声中，一般小于进、排气噪声，特别是近几年来，一 些车辆装设车内空调系统及排气净化装置等原因， 使发动机罩内温度上升，风扇负荷加大，噪声变得 更加严重。 1.2 结构振动噪声 发动机的每一个零件在激振力的作用下发生 振动而辐射的噪声，根据激振力的不同可以分为燃 烧噪声、机械噪声、液体动力噪声三类。燃烧噪声是 指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径 向外辐射产生的噪声；机械噪声是发动机的零部件 作往复的运动和旋转运动产生的周期力、冲击力和 撞击力对发动机结构激振产生的噪声；液体动力噪 声是发动机中液体流动产生的力对发动机结构激 振产生的噪声。此外，由于机械撞击、摩擦和机械载 荷的作用，车内装备的运动部件也会产生振动和车 内噪声。 综上所述，噪声源是由多方面引起的，它与车 身结构的固有频率、振型、阻尼等模态参数有着密 切的关系。 2噪声控制 由车辆噪声产生的机理可知，几乎所有的噪声 源都对车辆噪声有贡献，汽车本身也有可能放大和 产生噪声，因此控制车辆噪声就成为亟待解决的工 作。 汽车噪声控制方法研究 戴建营 刘晓玲 师春燕 （西华大学交通与汽车工程学院） 摘 要 本文重点了汽车噪声产生机理，并提出相应的控制措施，对主动降噪方法和被动 降噪方法进行对比，论证了各自的优缺点。 关键词：汽车 噪声与振动 控制 技术纵横 17 2.1 从机械原理出发的噪声控制措施 改进机械设备结构、应用新材料来降噪。随着材 料科技的发展，各种新型材料应运而生，用一些内摩 擦较大的合金、高强度塑料生产机器零件，对于风扇 可以选择最佳叶片形状降低噪声；齿轮改用斜齿轮 或螺旋齿轮，啮合系数大，可降低噪声3~16dB；改用 皮带传动代替一般的齿轮传动，由于皮带能起到减 震阻尼作用；选择合适的传动比也能降低噪声。 提高零部件加工精度和装配质量，使机件的摩 擦尽量减小，从而将噪声降低。减小偏心振动以及提 高机壳的刚度减小噪声。这项措施主要取决于汽车 的研发和生产组装等环节，一般是在车辆出厂采取 的降噪措施，后期的使用和维护过程中，避免机械设 备和车辆的空载和超载，选用好的润滑油脂，都可以 降低噪声。 2.2从声学原理出发的噪声控制措施 吸声：吸声是用特种被动式材料来改变声波的 方向，在车室内合理的布置吸声材料能有效降低声 能的反射量，达到降噪的目的。目前在汽车上使用的 吸声材料有：a）多孔性吸声材料，其原理是当声波 进入材料面空隙，引起空隙中的空气和材料微小 纤维的振动来消耗声能达到吸声目的，一般有尼龙、 人造丝、聚酯等多孔性材料；b)穿孔板结构，在板与 车身之间保留一定的空隙，形成亥姆霍兹共振腔耗 散声能。 隔声：这种方法是用某种隔声材料将声源与周 围环境隔离，使辐射的噪声不能直接传播到周围区 域，从而达到降噪目的。常用措施有隔声材料和隔声 结构，选用隔声结构时应考虑所隔噪声的特点、隔声 材料、结构性能、成本。通常采用双层壁结构，在夹层 中填充玻璃棉、聚酯泡沫、毛毡等吸声材料，进一步 提高隔声效果。 减震：汽车的外壳都是由金属薄板制成，车身行 使过程中，震源将振动传给车身，在车身中以弹性波 形传播，这些薄板受到激振产生噪声，同时引起车体 上其他部件的振动。防止发动机、传动系、悬架及轮 胎的振动传入车内；加强地板、顶棚等大面积的钣件 的刚度，尽量少用大面积钣金件；覆盖件采用加强筋 增大刚度，防止车身自身振动。 2.3 主动控制 上面介绍的降噪措施属于被动控制，用被动方 法降低噪声往往受到技术和经济的限制。随着微电 子学的发展，人们采用主动控制降噪ANC（Active NoiseControl）。主动噪声控制是利用声波干涉原 理，采用次级声源产生一个与原噪声源幅值相同、 相位相反的声波，两列声波在空间叠加达到消声的 目的，ANC 技术已经成功应用在管道系统、火车操 纵室等领域[3]。这种控制的实现主要靠自适应滤波 器、自适应算法，自适应算法决定了降噪的效果；另 外一种方法是将智能元件嵌入车身结构中，传感器 感受车身振动，产生信号并反馈给电子控制单元 （ECU），经相应的控制算法处理后生产相应的控制 信号经过功率放大后，驱动驱动器使车身结构产生 应变改变结构的动态阻尼，实现对振动的主动控 制。主动降噪效果远比传统的好得多，而且整 车质量减轻、性能更好。 3结 论 车辆噪声的危害之大，故采取相应的控制措施 就显得十分重要。被动降噪方法采用阻尼比较大的 吸声材料，利用隔声、隔振技术进行结构设计控制 噪声，会导致汽车体积大而且降噪效果也不十分理 想。而主动控制的关键在于硬件基础、控制逻辑、微 处理器等，保证传感器所测信号的准确性。到目前 为止，主动降噪的研究还处于发展阶段，距离技术 成熟和普及仍有一定的差距，但也取得了一定的进 展，例如在汽车悬架振动中实现了自适应控制，可 以预见主动控制技术必将在未来的汽车工程中得 到广泛应用。 参考文献 1 周勇麟，李树岷.汽车噪声原理、监测与控制 [M ]. 中国环境科学出版社，1992. 2 钱人一.汽车发动机噪声控制[M ].同济大学 出版社，1997. 3 于华民等.管道噪声主动控制系统及其实现 [J]. 噪声与振动控制，2003，23（3）. 4 林启荣等.噪声控制压电智能系统研究的现 状和展望[J]。力学季刊，2000，21（1）. 5 李克强等.智能结构系统得噪声主动控制方 法[J].压电与声学，1997，19（1）. 技术纵横18