張金迎

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

【關(guān)鍵詞】汽車噪聲；來(lái)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(duì)汽車質(zhì)量和舒適性的要求越來(lái)越嚴(yán)格，希望汽車在使用時(shí)能保持平順和靜音。城市噪聲的70%來(lái)源于交通噪聲，而交通噪聲主要是汽車噪聲。它嚴(yán)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(guān)系到乘坐舒適性，而且還關(guān)系到環(huán)境保護(hù)。然而一切噪聲又源于振動(dòng)，振動(dòng)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(guò)高的噪聲既能損害駕駛員的聽(tīng)力，還會(huì)使駕駛員迅速疲勞，從而對(duì)汽車行駛安全性構(gòu)成了極大的威脅。所以噪聲控制，也關(guān)系到汽車的耐久性和安全性。因此，振動(dòng)、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的，既要減小振動(dòng)，降低噪聲，又要提高乘坐舒適性，保證產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，使汽車噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

1 汽車噪聲來(lái)源分布

汽車主要噪聲來(lái)源可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、車身振動(dòng)噪聲、底盤(pán)噪聲以及空氣動(dòng)力噪聲等。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲包括燃燒、機(jī)械、進(jìn)氣、排氣、冷卻風(fēng)扇及其他部件發(fā)出的噪聲。

在發(fā)動(dòng)機(jī)各類噪聲中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲和機(jī)械噪聲占主要成分。燃燒噪聲產(chǎn)生于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)行程，快速燃燒沖擊和燃燒壓力振蕩構(gòu)成了氣缸內(nèi)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(dāng)比重。機(jī)械噪聲是指發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，各零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的撞擊，以及機(jī)件內(nèi)部周期性變化的機(jī)械作用力在零部件上產(chǎn)生的彈性變形所導(dǎo)致的表面振動(dòng)而引起的噪聲，包括活塞敲擊聲、氣門(mén)機(jī)構(gòu)聲、正時(shí)齒輪聲。燃燒噪聲和機(jī)械噪聲都是由發(fā)動(dòng)機(jī)本體發(fā)出的，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，噪聲也相應(yīng)增加。一般情況下，低轉(zhuǎn)速時(shí)燃燒噪聲占主導(dǎo)地位，高轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)械噪聲占主導(dǎo)地位。

空氣動(dòng)力噪聲是指汽車行駛中，由于氣體擾動(dòng)以及氣體和其他物體相互作用而產(chǎn)生的噪聲。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，它包括進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲。空氣動(dòng)力噪聲直接向空間輻射。

1.2 排氣系統(tǒng)噪聲

發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣時(shí)，在排氣門(mén)附近，排氣歧管內(nèi)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(nèi)產(chǎn)生壓力波，輻射出很強(qiáng)的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲往往比發(fā)動(dòng)機(jī)其他噪聲源的總噪聲高l0～15dB。排氣噪聲按產(chǎn)生的原因分為三種：（1）排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)產(chǎn)生的周期性排氣噪聲；（2）氣體渦流噪聲：當(dāng)高速氣流通過(guò)排氣門(mén)和管道時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(nèi)部各連接管道所產(chǎn)生的共鳴噪聲。排氣噪聲的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速、氣門(mén)壓力等因素有關(guān)，并隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷而變化。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲這類空氣動(dòng)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(dòng)，讓氣流通過(guò)，對(duì)噪聲有一定的消減作用。

1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲

汽車傳動(dòng)系包括離合器、變速器（分動(dòng)器）、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等。傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲主要來(lái)源于變速齒輪嚙合傳動(dòng)的撞擊、振動(dòng)和傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，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(qū)動(dòng)橋的激振使各部分產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出噪聲。影響齒輪噪聲的因素是十分復(fù)雜的，理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)都表明，為減少齒輪噪聲，不僅要從設(shè)計(jì)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(diào)整。

汽車傳動(dòng)系中一般都大量應(yīng)用了軸承，這些軸承會(huì)產(chǎn)生噪聲，軸承對(duì)整機(jī)的支承剛度和固有頻率有較大的影響，支承剛度不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(gè)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(lái)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(dòng)通過(guò)懸架和車架傳至車身，成為車廂內(nèi)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(dòng)和輪胎四周空氣擾動(dòng)構(gòu)成的空氣噪音；二是，胎體和花紋部分震動(dòng)引起的輪胎震動(dòng)噪音；三是，當(dāng)汽車通過(guò)凸凹不平的路面時(shí)，凹凸內(nèi)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(dòng)噪聲

當(dāng)車速達(dá)到100km/h以上時(shí)，氣動(dòng)噪聲成為最主要的噪聲源。乘用車氣動(dòng)噪聲與其外型、速度、風(fēng)向等有關(guān)。對(duì)于氣動(dòng)噪聲的研究主要是采用模擬仿真的方法以及進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等。由于受到機(jī)械影響和路面激勵(lì)作用，造成汽車整體上所有部件都會(huì)對(duì)外產(chǎn)生噪聲。這些影響汽車噪聲的因素原因復(fù)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(gè)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(jī)械原理出發(fā)的噪聲控制、從聲學(xué)原理出發(fā)的噪聲控制和主動(dòng)控制。

2.1 從機(jī)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(yīng)運(yùn)而生，用一些內(nèi)摩擦較大的合金，高強(qiáng)度塑料生產(chǎn)機(jī)器零件，對(duì)于風(fēng)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(shù)大，可降低噪聲3～16dB；改用皮帶傳動(dòng)代替一般的齒輪傳動(dòng)，由于皮帶能起到減震阻尼作用；選擇合適的傳動(dòng)比也能降低噪聲。

2.2 從聲學(xué)原理出發(fā)的噪聲控制措施

吸聲：吸聲是用特種被動(dòng)式材料來(lái)改變聲波的方向，在車室內(nèi)合理的布置吸聲材料能有效降低聲能的反射量，達(dá)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(dāng)聲波進(jìn)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(dòng)來(lái)消耗聲能達(dá)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(jié)構(gòu)，在板與車身之間保留一定的空隙，形成（下轉(zhuǎn)第135頁(yè)）（上接第102頁(yè)）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(dá)到降噪目的。常用措施有隔聲材料和隔聲結(jié)構(gòu)，選用隔聲結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮所隔噪聲的特點(diǎn)、材料、結(jié)構(gòu)性能和成本。目前，通常采用雙層壁結(jié)構(gòu)，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(guò)程中，震源將振動(dòng)傳給車身，在車身中以彈性波形傳播，這些薄板受到激振產(chǎn)生噪聲，同時(shí)引起車體上其他部件的振動(dòng)。因此，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、懸架及輪胎的振動(dòng)傳人車內(nèi)，需要加強(qiáng)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(qiáng)筋增大剛度，可以防止車身自身振動(dòng)。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車主要噪聲源，同時(shí)距離駕駛員距離最近，因此在引擎蓋內(nèi)側(cè)加貼防火隔音毯、對(duì)儀表盤(pán)下層加裝消音墊，對(duì)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲有明顯效果。此外，在車內(nèi)乘員廂中央底盤(pán)以及行李箱地盤(pán)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(dòng)以及由此產(chǎn)生的噪聲和輪胎路面噪聲、排氣噪聲等，大大降低車內(nèi)乘員的不舒適感，提高汽車NVH性能。

2.3 主動(dòng)控制

汽車在運(yùn)行中的降噪主動(dòng)控制主要是運(yùn)用重疊聲場(chǎng)相互干涉的原理。把壓電元件嵌入車身結(jié)構(gòu)，傳感器能夠檢測(cè)到車身振動(dòng)并反饋信號(hào)給ECU，電信號(hào)經(jīng)過(guò)控制算法計(jì)算處理后生成相應(yīng)的控制信號(hào)并經(jīng)過(guò)功率放大，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器使車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變以改變其動(dòng)態(tài)阻尼，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車身振動(dòng)的主動(dòng)控制。所以通過(guò)創(chuàng)建在振幅和頻率上與初級(jí)振動(dòng)大小相同而方向相反的反向聲場(chǎng)，使之與原聲場(chǎng)重疊，即可消除發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，從而抑制車內(nèi)輻射噪聲。

3 結(jié)語(yǔ)

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(dòng)降噪方法采用阻尼比較大的吸聲材料，利用隔聲、隔振技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制噪聲，會(huì)導(dǎo)致汽車體積大而且降噪效果也不十分理想。而主動(dòng)控制的關(guān)鍵在于硬件基礎(chǔ)、控制邏輯、微處理器等，保證傳感器所測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性。到目前為止，主動(dòng)降噪的研究還處于發(fā)展階段，距離技術(shù)成熟和普及仍有一定的差距，但也取得了一定的進(jìn)展，例如在汽車懸架振動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)控制，可以預(yù)見(jiàn)主動(dòng)控制技術(shù)必將在未來(lái)的汽車工程中得到廣泛應(yīng)用。

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[責(zé)任編輯：王楠]