汽车声品质技术研究

摘 要：为了降减汽车噪声危害需提高声品质，应分析减振、隔声、吸声材料和消声器技术性能，要做车身气密和轮胎噪声试验，以消除共振和共鸣峰值噪声；消声室数采发动机振动噪声和定位噪声源，测量声源声级、响度、波长和频率，噪声经频谱分析滤掉刺耳声频，不同相位、波长和功率噪声匹配传出低声级悦耳声音，提高汽车NVH性能和人类安全工作效率。

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)08-33-03

作者简介：魏兆平, 高级工程师，就职于中国汽车技术研究中心。

A Study On Technology Of Vehicle Sound Quality

Wei Zhaoping

( Aotomotive Testing Research Institute Of China Aotomotive Technology & Research Center, Tianjin 300300 )

Abstract: In order to decrease hazard of vehicle noise which needs improving sound quality, we should analyze technical performance of materials of vibration reduction and sound insulation and sound absorption and silencer, we need making a test of vehicle body airtight and tire noise,to eliminate sympathetic vibration and the resonance peak noise; through data collectin system aquiring vibration noise of engine and positioning noise source in anechoic chamber, measuring noise level and loudness and wave length and frequency for sound source,noiser will be analyzed by frequency spectrum and filtrated ear-piercing audio frequency, noiser of different phase and wave length and power should be matched up to emit low sound level and musical sound, to improve vehicles performance of Noise Vibration and Harshness and mankind safe working efficiency.

Keywords: Resonance noise; Material of sound absorption and silencer; Anechoic chamber; Technology of sound quality; Loudness of sound source

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)08-33-03

引言

随着循环经济、一带一路科技建设持续健康发展和智能交通进步，我国步入了汽车社会，近期汽车保有量有所增加；汽车噪声影响着人们听力、注意力、学习、休息和工作安全，为了提高环境和生活质量，人们对汽车声品质期盼和要求也越来越高，要控制振动和分析环保噪声技术法规，降低汽车加速和车内噪声排放，频谱分析辐射噪声的频率和波长，噪声经调频调幅变低和抑扬顿挫，提高了安全工作效率；因此，研发低噪高声品汽车、发动机和降低成本需建声学半消声NVH实验室，研究分析发动机、驱动电机、动力传动系、悬架减振器、轮胎、吸声、隔声、消声材料和消声器技术性能，确定最大声源、声级位置及噪声传递路径，数学统计汽车不同系统、总成和位置A计权噪声级，采用小波分析法有的放矢、快速治理脉冲噪声污染；设计有源声源声音频率和波长，两种或多种相位相反声波匹配波峰变小、声强变弱、声级变小且声频在人耳爱听范围的满足声品质要求；随着高速和高等级低噪公路里程增加，新能源电动汽车的使用，为了提高安全和舒适性，需降低和减少汽车无用及有害噪声，利用电喇叭、倒车蜂鸣器和专用汽车警报器等有用声音，以保障人类健康和缓解紧张及疲劳，汽车媒体播放器要防电磁干扰，接收的声频和视频信号应更清晰。

1、汽车声源

汽车噪声主要由发动机、驱动电机、传动系、悬架、轮胎、车身、风扇、气泵、气流、空调、关门和制动运动噪声等几部分组成；怠速、低速加速和匀速行驶时发动机排气噪声占主要成分，车速大于50km/h行驶时轮胎、风扇和气流噪声占主要成分，要降减排气噪声、轮胎振动、泵气和风鸣噪声，另外还要分辨车外和车内噪声影响因子，立法制定各总成降噪技术标准和限值并形成规范性引用文件以提高汽车声学 [1]性能，减少噪声对生态环境污染。

1.1 发动机

发动机噪声由悬置、燃烧、机械运动、气泵、风扇、发电机、进气和排气噪声组成；发动机性能与选用高热值燃料标号、品质匹配才能匀质充分燃烧，消灭爆震并降低发动机噪声，采用优秀减振材料和位置，减小发动机抖动、转动惯量、悬置振幅和共振；发动机热平衡技术性能优秀，以消减多余风扇噪声，空调制冷量要符合标准要求以控制压缩机噪声和热污染；发动机净功率要与消声器和催化转化器性能匹配，量身定制阻性、抗性、阻抗复合性和微穿孔板消声器正确类型，分析发动机净功率、转速与噪声关系谱图，才能根治排气噪声和功率损失，配置增压器以提高经济性、净功率和扭矩并降低单位功率噪声，科学设计发动机润滑系并采用正确牌号润滑油、油压和油温，减少气缸冲击和配气机构等机械运动噪声；检测发动机噪声 [2]限值，改善进气道结构和进气消声器性能，使进气温度、压力和流量最佳以减少进气振动噪声，依汽车和发动机最大用电量来配置发电机，减少电量消耗和电磁噪声；根据这些噪声因子份量和声波传递路径建立发动机噪声数学模型，确定应重点降噪系统部件并改善发动机声品质。

1.2 动力传动系

动力传动系离合器接合柔和减小摩擦噪声，机械变速箱和驱动桥优化匹配减少齿轮啮合噪声，轴承承载、润滑合理减少旋转噪声，有合适档位数并安装同步器，换挡时无齿轮冲击声，控制弹性悬置振动和传动轴动不平衡旋转噪声；自动变速箱液力变矩器产生的涡流噪声，采用符合标准要求牌号齿轮油、油量和油温来降低齿轮噪声，齿轮齿面要耐磨、耐冲击和有一定强度，主被动齿轮接合高度和间隙公差符合技术要求以提高传动扭矩及效率；根据行驶工况选择正确档位，满足动力性时还节能降噪。

1.3 悬架和轮胎

设计或选择正确悬架类型，计算悬架刚度和阻尼系数，用传感器测量悬架固有振动位移、频率，整车各悬架性能要协调；悬架同车身或底盘弹性连接以减少机械冲击噪声，悬架、减振器、缓冲块、轮胎刚度和阻尼系数要匹配，避免共振发生，提高汽车平顺性可降低振动噪声和缓解驾乘人员疲劳；依据路面谱功率密度函数选择悬架刚度和阻尼参数，分析悬架振动位移、速度和加速度，依汽车最高车速、负荷指数和气候情况选择轮胎型号，使用正确轮胎类型、固有频率及低噪花纹、配置TPMS系统并填充正确轮胎气压，分析轮胎受力和力矩，减少车轮轮胎动不平衡冲击噪声和轮胎泵气非稳态噪声，弹性轮胎要有一定径向、纵向和横向刚度，研究环保子午线轮胎噪声与行驶速度成正比关系曲线，使用Zwicker响度计算方法客观评价轮胎噪声，减小直接和间接噪声，小型备胎使用噪声要符合环保标准要求，设计低噪高品质轮胎；独立悬架与轮胎类型弹性力学参数匹配能减少振动激励，提高汽车舒适性和操稳安全性。

1.4 车身和制动

车身有气密性、减振、隔声和传热系数要求，车身结构类型、刚度和强度合理，轻量化隔声设计对降低振动和车内噪声很重要；车身与（空气）悬架用减振器连接，振幅和固有圆频率经倍频程滤波器滤波变的更柔顺，冲击噪声消失，防治车身门盖锁止不紧摩擦、车内振动及关门噪声，提高车身密封性和隔声性能，降低高速行驶车内风鸣和振动噪声；车轮制动器温度升高或淋湿，摩擦副摩擦系数变化，制动时会出现尖叫声，也加剧了异常磨损和污染，提高制动器摩擦材料技术性能和热衰退效能，安装ABS减少车轮制动抱死、轮胎滑移磨损和制动器异常摩擦噪声；电动汽车增装电力再生式制动系可实现节能和降低电磁噪声。

2、声源定位

消声室台架和精密声级计测量车型各系统、总成的最大噪声响度及倍频程频率，确定最大噪声源位置和分析发声机理，绘制声场声源声级、发动机转速和噪声位置关系曲线图，采取有效减振、润滑、消声方法和弹性耐磨部件，提高科技水平和积累经验实现噪声数据库建设；实验室转鼓上模拟或再现汽车不同行驶工况的车外和车内噪声，分析噪声、车速和档位关系曲线图；研究声源声波波形、响度、传递方向和能量衰减规律，降低最大和次大声源噪声声级，改变不同声源声波相位消灭共振噪声公害，不爱听的噪声经改良变成人们能接受的小声音；为开展声品质虚拟实验研究和设计声学汽车做好技术储备和数据积累。

3、振动噪声控制

振动是噪声产生的原因，分为机械噪声、空气动力学噪声和电磁噪声；用减振阻尼材料、隔声和吸声材料可抑制振动噪声、屏蔽噪声辐射污染，科学设计汽车悬架、减振器和轮胎刚度及阻尼系数，建立悬架系统振动方程，掌握振动规律，减小振动位移、速度和加速度能有效降低机械振动噪声，改良振动激励源波形、固有圆频率和声品质；修建低噪高等级路面以减少振动和噪声，车内噪声是由机械振动噪声通过固体传至车内的间接噪声，提高车身隔声性和密封性可降低气流噪声、发动机、传动系和环境噪声传至车内，车外噪声是由发动机排气系、风扇、动力传动系和轮胎等噪声通过空气传播的直接噪声，考虑环境、车况、隔吸声和消声材料等性能，治理噪声回音；减少车外噪声是在保证动力性情况下，降低发动机、传动系和车轮转动惯量，采用高效和低功耗消声器，发动机舱安装优秀隔吸声材料，采用低噪轮胎；减降车内噪声要装隔吸声内饰材料和消减振动；轮胎振动固有频率和车身振动频率要兼容，减少不同声源激励源振幅，防止声学共振及共鸣噪声发生，车身结构要防振并有隔吸声性；新能源纯电动汽车传动系简单且机械振动源少，能有效消减车内外环境噪声和提高声品质技术性能，消减驱动电机和电机控制系统等产生的电磁噪声；NVH高级工程师分析不同声源、频率噪声级对环境、工作、消化系统、声觉、休息和安全影响系数，快速找到控制振动噪声的技术方案，发明消降振动噪声的新材料部件。

4、提高声品质技术方法

汽车声品质是满足人和环境要求下，寻求符合汽车特性的产品声音，属NVH范畴；声学领域技术精英设计声学汽车和发动机，降低汽车中乘用车发动机净功率及噪声能量；半消声室内，理论与实践结合研究发动机和动力传动系内每个声源的声级、响度、频率和波长，绘制声源噪声等响度曲线图，编制提高汽车和发动机声品质技术方法，用声全息技术确定运动汽车各声源位置，用有限元法、边界元法和统计能量法对消声器噪声传递损失进行仿真分析和试验测试，提高金属件机械性能、加工精度和润滑性能，减少滚动和滑动摩擦副的摩擦系数，减少吸气、风扇、摩擦、燃烧、齿轮和电磁噪声，设计新型不共振减振装置，用隔吸声材料阻止声波穿过、衰减声波能量或改变声波波长及传播方向，声音经反射、折射或衍射响度衰减，传至车内1/3倍频程总噪声声压级经频谱分析，滤波器滤掉高频和不需要的低频音调，音色变的圆润，声音更小音质也更柔和；积分、精密声级计经校准器校准和计量检定，减少测量误差，提高测量不确定度；提高满足吸声系数、路面结构和孔隙率要求噪声试验跑道 [3]宽度、长度、耐磨层厚度和质量，保证轮胎橡胶弹性并防止老化以减少轮胎噪声，降低空气阻力系数减少气动噪声；按汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 [4]技术法规，测量汽车加速噪声倍频程声压级和目标加速度，降低背景噪声和风速以控制二次校正误差，以牺牲汽车动力性和发动机净功率来降低排气噪声是得不尝失的，编制不同车型类别噪声谱，经频谱、响度和音阶分析，加速噪声经改良变低和有节奏，按声学汽车车内噪声测量方法 [5]技术标准检测车内声压级，高级声学技术工程师与企业NVH工程工程师在理论实践基础上技术协作和创新设计，探索新减振降噪措施和声品质评价参数，设计有源声源抵消和改良噪声源声级及频率，车内声信号经整理和弦增加也变清晰和宛转悠扬，改善了车内声品质；提高汽车声品质技术能保障人们身体健康、精神饱满和运输物资不受损，保证安全科研工作和学习高效率，降低精密仪器设备损坏率，控制汽车保有量、交通噪声声级、波长和频率，提升交通噪声声品质，减少汽车噪声源数量和噪声污染引起事故损失。

5、结论

本文理论分析了汽车系统、总成和部件噪声源的发声机理，半消声室内测量并分析其声压级、响度、频率、波长和振幅，利用最大声源定位法确定应降噪位置，设计高效低噪发动机、悬架、轮胎、消声器、跑道和隔吸声材料，消灭声学共振及共鸣噪声公害；对捕获噪声声压级倍频程频率频谱和滤波分析，剔除噪杂脉冲和尖锐噪声，宣传汽车声品质理论知识，保障人类和生态环境健康及安全工作高效率。