汽车噪声源的分析与控制

◆文/辽宁 陈兆俊

汽车噪声源的分析与控制

◆文/辽宁 陈兆俊

陈兆俊

(本刊编委会委员)

1992年参加工作，一直从事汽车检测与维修工作，熟悉汽车底盘维护、发动机维修及电控系统的检测等汽车检测维修及改装工作。在日系车型的电控燃油喷射发动机、电控自动变速器、ABS、电子/空气悬挂系统、安全气囊控制系统等诸方面有较多的探究和实战的经验。2008年至今于大连职业技术学院汽车工程技术系任教，副教授，主要讲授汽车检测维修技术方面的专业课程。

随着汽车制造工艺的进步，人们对车辆的品质和舒适度要求越来越高，通常将噪声、振动与粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)统称为车辆的NVH问题，是给乘客的感受最直接、评价汽车品质优劣的重要指标。汽车所有系统，如发动机、底盘、车身等都会带来NVH问题。虽然NVH问题是在汽车设计生产阶段就要解决的问题，但由于生产成本、材料、技术及设备等原因，在车辆使用与维护阶段如果不了解NVH问题的生成机理和控制方法，可能会导致NVH问题加剧，降低汽车品质。

汽车噪声来源简要分为以下几种：发动机噪声、排气系统噪声、风扇噪声、传动系统噪声、轮胎噪声、制动噪声、风激噪声、车身结构噪声等等，由于车辆噪声的复杂性，噪声源之间可能会相互影响而并非仅是简单的并列关系。

一、发动机噪声与控制

发动机噪声包括机体发出的机械噪声和进气系统噪声。高速气体经空气滤清器、进气管、气门进入汽缸，在流动过程中会产生很强的气动噪音。发动机产生的噪声一般频率比较低且与转速相关。研发过程中对发动机噪声控制措施有：(1)改善发动机燃烧过程以降低燃烧爆发的冲击；(2)改善隔振装置，降低由此冲击产生的激后力引起的发动机各部件振动；(3)加装隔音装置，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，通过在挡火墙及底板部位粘贴带异型吸音槽的吸音棉来抑制噪声传递。通过加装机盖隔音棉降低发动机辐射噪声；(4)改进进气消声装置，减小发动机进气过程中气动噪声。

汽车使用过程中经常会遇到在车内能够感觉到发动机的振动，这就是发动机与车身出现了隔振问题。发动机与车身连接采用橡胶隔振器或液压隔振器完成柔性连接。隔振器在使用过程中可能会老化或失效，其他安装的附件变形也可能传递振动，使发动机噪声控制效果受到影响。例如对于很多自动挡车辆，挡位处在P挡或N挡时，感觉车辆的振动较小，挂入D挡位时会感觉振动明显增大，其原因就是隔振器的隔振效果不佳导致。值得注意的是，对于橡胶式隔振器，橡胶的硬度及安装的位置变化都会影响隔振的效果。

二、排气噪声与控制

排气噪声包括尾管口的噪声、排气管和排气系统部件的辐射噪声、排气脉冲噪声。尾管口的噪声与发动机转速有关，特别是在低转速的情况下。一般来说转速在3 500r/min以下，发动机燃烧产生的噪声占主要成分，噪声频率比较低。在高转速情况下，空气流与排气管的摩擦噪声非常大，摩擦噪声占主要成分。摩擦噪声的频率较高，频带也比较宽。通过增加管道的直径和增加排气容积可以减少尾管噪声。

排气系统中有很多管道元件和板壳结构，如消音器、共振器、管道等。通过改变排气管道和消音元件的结构减小辐射噪声。比如采用双层管或双层板替代单层管或者单层板的结构。

排气脉冲噪声是当排气管结构有突然过渡时，气流会对管壁产生冲击而增大脉冲噪声。可以通过圆滑过渡排气管道结构减小其脉冲噪声。主要降噪方法有：(1)维修或更换排气管道时管道过渡要圆滑，不能有突变的结构；(2)在不增加排气阻力的条件下改善消声器结构降低排气出口噪声；(3)在排气口对排气噪声施加与其幅值大小相等，相位相反的二次声源或振动源，实现主动降低噪音。如在部分车型的消音器上装有用来改变振动频率类似于“平衡重”的装置，在维修的过程要注意正确安装；(4)维修过程中应注意保持整个消音器是与发动机、车身柔性连接，及时更换掉老化的隔振元件。

三、风扇噪声与控制

风扇运转过程中，由散热格栅吸入的冷却气流，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声和涡流噪声。风扇噪声属于空气动力噪声，也是构成发动机噪声的一部分。风扇的噪声与风扇的外形及散热器吸入气流的紊流度密切相关。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。因此，汽车使用与维护的过程中对风扇噪声的控制也主要是从以上两个因素入手，保持风扇的形状稳定、叶片没有缺损、风扇安装位置可靠、导流罩完好等。

四、传动系统噪声与控制

在传动系统中，噪声源主要包括变速器、分动器、传动轴、差速器和减速器等，传动系统噪声是由发动机传来的振动引起离合器盖、变速器盖等辐射出的噪声以及齿轮啮合激振引起壳体辐射发出的噪声。这些噪声既有内部齿轮和轴承运转引起的，也有其他机构传递来的。传动系统的噪声是在一辆车出厂前就决定了的，汽车使用与维护的过程中只能保证传动系统原有的性能稳定，很难通过后期的降噪措施得到根本性的改善。

五、轮胎噪声与控制

轮胎噪声是由轮胎与路面摩擦所引起的，是构成底盘噪声的主要因素。轮胎噪声来自泵气效应和轮胎的振动。所谓的泵气效应是指轮胎高速滚动时引起轮胎变形，使得轮胎花纹与路面之间的空气受挤压，随着轮胎滚动，空气又在轮胎离开接触面时被释放，这样连续的“挤压释放”，空气就迸发出噪声。

轮胎与路面摩擦噪声的频率和大小取决于轮胎的轮齿宽度、深度、形状及轮齿间的距离、路面状况和行车速度等等。比如轮胎的轮齿不平衡，噪声会增加；路面湿润会增加1 000Hz以上的噪声；在0～40℃范围内，温度增加，其噪声降低；在40～140km/h的速度范围内，速度增加一倍，辐射噪声增加约10dB。胎体和花纹部分动可引起轮胎的振动噪声，轮胎振动与轮胎的刚度和阻尼有关，刚度增大，阻尼减少，轮胎的振动就会增大，噪声也相应增大。

汽车使用与维护的过程中降低轮胎噪声，可以采用高阻尼橡胶材料、多种花纹节距胎面的轮胎，调整好轮胎的气压和负载动平衡以减少自激振动。注意检查轮胎的磨损状况，也可以在轮罩内加装吸音材料阻隔胎噪向驾驶舱的传播。

六、制动噪声与控制

汽车制动而产生的噪声主要有制动器噪声、轮胎与地面的摩擦声以及车身板件的振颤声等，制动噪声一般是指制动器工作时产生的鸣叫。

汽车使用与维护的过程中应合理使用制动器并及时维护保持制动器良好状态。如车辆在下坡时长时间制动会因高温造成制动盘损坏，日后再工作的时候就会发生尖锐的鸣叫。对制动噪音处理的方式可以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振颤。值得注意的是部分车型制动系统中在制动器部位增加了避震装置，减小制动系统在制动过程的共振，在汽车制动系统维护的过程中且不可当作装饰部件忽略掉。

七、风激噪声与控制

汽车在怠速和低速运行时，主要噪声来自发动机和其他动力系统(如进排气系统)。当车速达到50km/h时，路面的噪声明显增加；当车速达到80km/h时，路面噪声可能大于发动机噪声，甚至掩盖发动机噪声，成为汽车的主要噪声源。当汽车速度继续增加到达100km/h时，风激噪声就开始出现；当车速达到120km/h时，风激噪声成为汽车的主要噪声源。

行驶中的汽车与空气有相对运动，运动的空气作用在车身上，对车内产生的噪声定义为风激噪声，也称为气动噪声。运动的空气与车身各个部位的摩擦产生了不同形式的噪声源，可以分为四种类型：(1)脉动噪声：空气作用在车身上，形成涡流并在车身表面产生了压力波动，这种涡流扰动产生的噪声被称为脉动噪声；通过车身整体设计保持流畅，使得气流与车身之间的脉动尽可能小。(2)吸气噪声：车外的风声会穿过车身的缝隙进入室内，如汽车运动时，相邻部件(如车门与车身)之间就可能出现缝隙，车外的噪声就会穿过缝隙进入室内；保证车身良好的静态密封和动态密封可以避免或减小吸气噪声。(3)风振噪声：当打开天窗或玻璃窗时，车身就像一个共振腔而发出低频的轰鸣声，这类噪声称之为风振噪声；通过设计合理的天窗导流罩，使得气流流过导流罩直接落到天窗后面的车身上，避免车外气流与车内空腔的相互作用。(4)空腔噪声：车身外部部件之间都有间隙，比如A柱和车门之间的间隙。如果这些间隙大，就形成了一些小的空腔。当风吹到这些小空腔时，气流在里面振荡，并产生噪声。通过减小车身外板之间的缝隙和空腔，来减小或避免气流吹入缝隙和空腔后产生共鸣声。

汽车使用与维护的过程中降低风噪的主要措施是保证或加强车身的密封性，防止密封件老化或破损；保证外围附件安装与车身的紧密贴合，减少加装凸起结构部件。如天线安装时，应尽量选择风噪小、形状圆滑的“鲨鱼鳍”式或螺旋式天线，如果选择的是普通柱式天线，可以在天线上螺旋式地缠绕一层铁丝或胶条，目的是打破紊流，使其不能发出单频噪声。

八、总结

噪声控制主要通过吸音、隔音、减振、密封等措施来阻隔噪声传播途径。在汽车使用和维护过程中对噪声的控制，合理使用车辆保持良好技术状况是最重要的。对于汽车噪声控制来说，由于发动机、排气管、轮胎等引发噪音的部件在车辆出厂时就已定型，因此各部件的设计水平和组装工艺就决定了噪声的大小，也同时体现了一部车辆的技术水平和科技含量。