汽车车内噪音的分析与控制研究

2016-12-08缑庆伟关云霞

中国新技术新产品 2016年21期

关键词：噪音阻尼车身

缑庆伟关云霞

（1.北京交通运输职业学院，北京 102618；2.北京吉利学院，北京 102202）

汽车车内噪音的分析与控制研究

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（1.北京交通运输职业学院，北京 102618；2.北京吉利学院，北京 102202）

自从汽车进入人类生活以来，如何控制并降低车内噪音一直是车辆设计、制造行业的热门话题。车内部噪音不但增加驾驶乘坐人员的疲劳，而且影响车辆的行驶安全。近年来，车内噪音已成为影响车辆品质的重要因素。车内低噪音设计成为车辆设计开发过程中的非常重要的工作。尤其对于轿车，车内噪音是衡量轿车级别的标准之一。本文主要针对车内的噪音产生的原因及其相应的控制策略进行分析研究，并基于某款车型进行实车验证控制策略的可行性。

车内噪音；分析；控制研究

随着汽车工业的不断向前提高，人民生活水平不断发展，人们对汽车的舒适程度的要求在逐渐提高。近年来，汽车感知质量备受各大车企的关注和重视，而汽车噪音属于感知质量的范畴，是人们关注的焦点之一，汽车是一个包含各种不同性质噪音的综合噪音源。在行驶过程中，各部分相互作用，通过空气和车架结构传入到车内，形成噪音。

1.车内噪音的主要来源

车内噪音主要来源于发动机噪音和底盘噪音，主要与发动机转速和车速有关。这些声源的噪音经由空气和结构两个途径传入车内。

发动机噪音又可分为空气动力性噪音、机械噪音和燃烧噪音。空气动力性噪音主要包括进、排气和风扇噪音。这是由于进气、排气和风扇旋转时引起了空气的振动而产生的噪音，这部分噪音直接向周围的空气中辐射。在没有进排气消声器时，排气噪音是发动机的最大噪音源，进气噪音次之。风扇噪音特别在风冷内燃机上也往往是主要的噪音源之一。由于气缸内燃烧所形成的压力振动通过缸盖、活塞、连杆、曲轴、机体向外辐射的噪音叫燃烧噪音。将活塞对缸套的撞击、正时齿轮、配气机构、喷油系统等运动件机械撞击所产生的振动激发的噪音叫作机械噪音。

底盘噪音主要有胎噪、路噪。汽车在行驶的过程中，轮胎会不断地与地面产生摩擦，从而推动汽车前进，且随车着汽车速度的提高，轮胎噪音越来越大。其次，汽车在不同的路况下行驶，产生的胎噪也不同。路噪是引起汽车噪音的另一个重要的因素，当汽车高速行驶的过程中，外界空气快速流动形成切入风，从而产生震动，形式噪音。此外，汽车行驶中底盘发生震动，路面上的沙石飞溅，与底盘发生碰撞等，都会产生路噪。

2.车内噪音控制技术

车内噪音控制的基本流程为：识别噪音源→识别传递途径→分析车身板件声辐射贡献→分析汽车结构模态特性→分析车内空腔声学模态→分析与优化传声结构→确定改进措施并进行实施后评价。

2.1识别噪音源

识别噪音源是噪音控制的首要任务。只有正确找到振动源或噪音源的所在，才能分析噪音发生的机理，才能有效地解决噪音问题。

2.2识别噪音途径

从噪音源到车内外的传递过程中，总是经过一定途径，途径主要分为固体振动传递途径和空气传播通道。如果能确定固体振动如何从噪音源通过哪些固体构件结构，由于哪些车内空腔的声学模态相互耦合导致车内产生噪音的情况，就能有针对性地对传递通道中相应的环节进行改善，从而达到减振降噪的良好效果。

2.3车身板件的噪音辐射

固体振动总是通过车身的板件与车内相互耦合振动，激发车内的噪音。车内噪音受到车身板件的位置不同、汽车运行工况不同、激振频率不同的影响，其声学辐射效率也不近相同，其影响因素对车内噪音的影响程度是不同的。因此，确定特定条件下的车身板件影响因素，可以为改进和优化车身板件提供可靠的依据。

2.4分析车内空腔的声学模态

一个8m3的沼气池每年一般换料2次，共可产沼肥12m3左右。其中含氮素45kg、磷15kg、折尿素98kg、10%过磷酸钙150kg[16]。按照中国化工网报价尿素的价格为1 630元/t，普通过磷酸钙的价格为350元/t。以中国沼气农户对沼肥的利用率40%[17]计算400m3沼气发酵残余物沼渣沼液的肥料替代效益，结果如表6所示。

轿车内部的噪音是车内空腔内部声压分布情况的反映，合理进行车内座椅的布置以及车身造型，可以优化车内内部空腔的声学模态，从而有效地控制车内的噪音。

2.5分析与优化传声结构

通过在计算机上实现虚拟分析，经过仿真模型的验证后，就可以通过灵敏度分析确定车内噪音诸多影响因素的影响情况，并在此基础上进行关键因素的优化设计，取得车内优良的声学特性。

2.6确定改进措施并进行评价

最终对轿车噪音情况的改进必须在特定工况下，对实车进行测试与检测。依据专业人士的主观评价和相关标准的客观评价，可以确定噪音改进的实际效果。

图1　车门加装密封条

图2　舒适型轮胎

3.车内噪音的控制研究

3.1降低发动机噪音的方法

随着发动机转速的不同，发动机噪音通过前翼子板、发动机仓盖、挡火墙、排气管传入驾驶室内的。若要有效地控制并降低发动机舱的噪音，可以对这些相关部位进行止振和密封。

由发动机产生的噪音，可在发动机仓盖下粘贴高级吸音泡沫材料。这种方式不仅能抑制发动机仓盖的振动，还可以吸收和消耗大量发动机的噪音，从而达到降噪的目的。

3.2降低风噪的方法

汽车在行进过程中，空气与车体之间产生快速相对流动与摩擦，由此产生的噪音称为风噪。产生风噪的主要部位是车体外观有些突起或是死角处，在这些部位处，空气容易产生回旋，因而产生噪音。风噪传入车内主要是通过车门缝隙，因此加强车辆的严密性和隔音性是降低风噪的最有效的措施。

在汽车上安装车门密封条音的降噪措施能很好地降低风噪和关门的碰撞力度。原车行驶到时速120km时听到的风噪，只相当于时速80km时的噪音。与此同时，关门音质也得到改善，如图1所示。

3..3 降低路噪和胎噪的方法

胎噪和路噪的产生原因主要有3点。一是轮胎四周空气扰动和轮胎花纹间隙的空气流动所产生的空气震动噪音；二是胎体和花纹部分震动所产生的轮胎震动噪音。这种噪音与轮胎橡胶的硬度有关系，对于一些材质偏硬的轮胎，路噪尤其明显；三是路面不平所产生的路面震动噪音。当轿车在颠簸不平的路面上行驶时，轮胎与地面之间产生磨擦、冲击，由此产生的震动与挡泥板、翼子板部件的震动产生共振，传入车内，噪音十分明显。因此降低路噪和胎噪的策略主要是控制噪音源、阻隔噪音传播路径。

3.3.1控制噪音源

路噪和胎噪来源于轮胎与地面的摩擦运动，采用静音性设计的舒适型轮胎可以有效地降低路噪和胎噪。如图2所示，舒适型轮胎在设计花纹时，考虑到静音性，轮胎胎面中央静音筋的横截面沟槽宽度保持固定不变，这样可使轮胎在旋转进入接地面时，橡胶花块的刚性大致相当，花纹块的振幅趋于一致，噪音波趋于平稳，有效地降低了噪音。

3.3.2阻隔噪音传播路径

主要采用通过隔绝噪音与震动以及抑制车身钣金的共振等来阻隔上述传播路径，降低噪音传播到车内。

（1）隔绝噪音与震动传播

在地毯、顶棚、行李舱隔板、车顶盖等位置上增加隔音垫，能有效地降低车外噪音传递至车内。在车身空腔内填充吸音材料，降低噪音的传播，车身中立柱位置填充海绵块，减少振动的传递。

（2）阻尼减振降噪技术

目前车企抑制车身钣金的振动的采用的是阻尼减振降噪技术。一般常见的金属材料有钢、铝、铜等，其固有阻尼都非常小，因此，常用外加阻尼材料的方式来增大其阻尼，衰减其振动能量。阻尼材料根据衰减能量方式不同可分为内损耗和内摩擦的材料，应用较多的为弹性材料，如，PVC胶、沥青阻尼板。

在底盘和轮罩内涂抹一层较厚的防石击胶（PVC胶），俗称的底盘装甲，可以有效地抵御路面飞溅起的沙石，同时对路噪也有一定的抑制效果。