浅谈汽车噪声及其控制技术_娄洁.pdf

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1、芜湖职业技术学院学报 2009 年第 11 卷第 4 期 4 浅谈汽车噪声及其控制技术 娄 洁 1.2 （1.合肥工业大学机械与汽车学院，安徽合肥，230009；2.芜湖职业技术学院，安徽芜湖，241001） 摘 要：随着汽车保有量的不断增加，车辆噪声污染已经成为人们越来越关注的环境问题。研究人员从汽车噪声的种类入 手， 分析了汽车噪声产生的主要部位和原理， 并根据国内外噪声法规的规定， 着重介绍了汽车噪声控制技术的现状与发展。 关键词：车辆噪声；种类；控制技术。 中图分类号：U467.4+93； 文献标识码：A; 文章编号：1009-1114（2009）04-0004-04 Discussi

2、on on Automobile Noise and Its Controlling Technology LOU Jie Abstract: With the growing number of the cars, Vehicle noise pollution has become an increasing concern for environmental issues. Beginning with the type of noise, researchers analyze the main automotive parts generating noises and its pr

3、inciples，and focus on the status quo and development of automotive noise controlling technology in accordance with noise regulations at home and abroad. Keyword：vehicle noise; type; controlling technology. 收稿日期：2009-06-20 作者简介：娄洁（1976.11） ，女，山东蒙阴人，1998 年毕业于合肥工业大学汽车设计与制造专业，讲师、工程师。 近年来，汽车工业迅速发展。汽车的使用给

4、人们的生活 带来了极大的方便，却也给我们的环境造成了大量的污染， 其中之一就是噪声污染。噪声污染和大气污染、水污染，并 称为当今世界的三大污染，随着城市中汽车保有量的增多， 车辆噪声对人们生活的影响越来越大。据有关资料表明，城 市噪声的 75%来源于交通噪声，而交通噪声主要是汽车噪 声。它严重地污染着城市环境，影响着人们的生活、工作和 健康。所以汽车噪声的控制，是减少城市环境噪声、改善生 存环境的的主要途径之一。 1. 汽车噪声的种类 汽车噪声产生的主要因素是空气动力、 机械摩擦和电磁 能量。从结构上分，汽车噪声分为发动机噪声、底盘噪声、 车身噪声，具体说来，汽车噪声源主要有以下几方面： 1.

5、1. 发动机噪声 发动机噪声可分为燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪 声，随机型、转速、负荷及运行情况等的不同而有差异。 燃烧噪声：四冲程发动机工作循环由进气、压缩、做功 和排气四个行程构成， 从点火开始到燃烧结束期间是燃烧噪 声的主要产生期， 快速燃烧冲击和燃烧压力振荡构成了气缸 内压力谱的中高频分量。 燃烧噪声是具有一定带宽的连续频 率成份，在总噪声的中高频段占有相当比重。一般来说柴油 机缸内压力较高，且压力增长率最大值远高于汽油机，所以 柴油机的燃烧噪声远高于汽油机。 机械噪声： 发动机工作时， 各零件相对运动引起的撞击， 以及机件内部周期性变化的机械作用力在零部件上产生的 弹性变形所导致的

6、表面振动而引起的噪声称为机械噪声。 它 与激发力的大小、运动件的结构等因素有关，主要包括活塞 敲缸响、齿轮传动响、配气机构撞击响等类型。具体分类见 下表 1-1。 表 1-1 发动机机械噪声类型 发动机内 位置 活塞连杆机构 传动机构 配气机构 柴油机供给系 其他部位 组成 活塞敲击声 活塞环摩擦声 正时齿轮撞击声 皮带传动声 链传动噪声 喷油器噪声 喷油泵噪声 高压油管内油 压传递声 气门开、闭冲击声 配气机构冲击声 气门弹簧振动声 发电机噪声 空压机噪声 冷却器噪声 液压泵噪声 娄洁：浅谈汽车噪声及其控制技术 5 空气动力噪声：汽车行驶中，由于气体扰动以及气体和 其他物体相互作用而产生的噪

7、声称为空气动力噪声。 在发动 机中，它包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。其中，排气 噪声是发动机中能量最大最主要的噪声源， 它的噪声往往比 发动机整机噪声高出 10dB(A)15dB(A)。进气噪声次之， 发动机工作时，高速气流经空气滤清器、进气管、气门进入 气缸，在气流流动过程中会产生一种强烈的空气动力噪声， 它有时比发动机整机噪声高出 5 dB(A)左右。风扇噪声是发 动机中不可忽视的噪声源，主要由旋转噪声和涡流噪声组 成。 旋转噪声是发动机高速旋转时的噪声， 风扇的转速越高， 直径越大，风扇的扇风量就越大，其噪声也越高；涡流噪声 是由于风扇旋转时使周围的空气产生涡流， 这些涡流又因粘 滞

8、力的作用分裂成一系列独立的小涡流， 这些涡流和涡流的 分裂会使空气发生扰动， 形成压力波动， 从而激发出的噪声， 涡流噪声一般是宽频带噪声。 1.2. 底盘噪声 底盘噪声主要包括排气系统噪声、 传动系统噪声和制动 系统噪声。排气系统噪声是底盘的主要噪声源，发动机燃烧 所产生的高温高压废气在排气管中呈脉动形式急剧流动， 就 产生了强烈的排气噪声。主要由 排气压力脉动声、气流流 过气门和气门座等处产生的涡流声、 边界气流扰动产生的 噪声、 排气口喷流噪声等组成。 传动系噪声主要来源于变速齿轮啮合传动的撞击、 振动 和传动轴的旋转振动，均属于机械噪声。 制动系噪声也是底盘噪声中不可忽视的组成， 其主

9、要来 源是轮胎噪声。轮胎噪音是由轮胎与路面摩擦所引起的，通 常由三部分组成： 一是轮胎花纹间隙的空气流动和轮胎四周 空气扰动构成的空气噪音； 二是胎体和花纹部分震动引起的 轮胎震动噪音；三是当汽车通过凸凹不平的路面时，凹凸内 的空气因受挤压和排放，类似于泵的作用而形成的噪声。另 外，轮胎在前进和旋转时搅动周围空气而产生空气振动声， 这称为风噪声； 在车辆低速行驶时， 轮胎的风噪声可以忽略。 1.3. 车身噪声及车内附属设备噪声 这类噪声主要包括车身的振动和空气与车身的冲击与 摩擦而产生的噪声, 以及空调机或暖风装置工作而产生的 噪声。随着最高车速的不断提高，车身板件振动噪声问题日 益突出，这是

10、一种由车身壁板结构振动所引起的噪声，在车 厢空间建立声场并与车身结构振动相耦合， 其噪声能量主要 在低频区，给人的感受是一种类似于“轰隆声”，造成车内乘 员强烈的不舒适感。 2 噪声控制要求及评价指标 2.1. 噪声控制要求 近些年来，世界各国普遍提高了对汽车噪声的控制标 准，尤其是发达国家对汽车噪声非常重视。欧共体、日本、 美国等从七十年代起， 每六年左右就修订一次相关法规和标 准，使汽车噪声限值有了大幅度降低。虽然我国汽车噪声控 制工作从 1979 年就开始，当时发布了两项国家标准， GB1495-79 机动车辆允许噪声和GB1496-79 机动车辆 噪声测量方法 ，但与发达国家相比还存在

11、较大差距，直到 2002 年我国才又颁布了新的汽车及发动机噪声法规 GB1495-2002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 ， 并作为强制标准加以实施。 表 1-2 国内外车辆行驶噪声限值标准的比较（单位：dBA） 国内 79 年标准 国内 02 年标准 欧盟标准 汽车分类 85 年前产 85 年后产 05 年前产 05 年前产 90 年 R51/01 96 年 R51/02 轿车 84 82 77 74 77 74 8t载重量 15t 92 89 85 83 83 78 3.5t载重量 8t 90 86 82 80 80 78 载重 汽车 载重量3.5t 89 84 79 77 79 7

12、7 4t总质量 11t 89 86 85 83 83 80 公共 汽车 总质量4t 88 83 78 76 78 76 轻型越野车 89 84 79 77 2.2. 噪声评价 噪声评价指标主要是指车内、外的噪声值和振动适应 性，评价方法可分为主观评价和客观评价。主观评价是顾客 对车内外噪声振动的直观感觉，是声品质的真实反映，通常 根据不同的条件，可采用简单排序法、等级评分法、成对比 较法和语义区分法进行主观评价。 客观评价是使用通过分析 和测量的方法得到噪声和振动的参数来评价其大小和好坏。 我们可以采用 PCNM 加速行驶车外噪声测量装置的测量试 验进行分析，而对于汽车的系统和部件，通常采用有

13、限元法 和边界元法建立数学模型来进行分析计算，方法相对成熟。 3. 汽车噪声控制方法 研究汽车噪声控制方法是一个具有实际意义的问题。 芜湖职业技术学院学报 2009 年第 11 卷第 4 期 6 国内外许多学者已经或正在进行这方面的工作。到目前为 止，有关车内噪声控制的研究，综合起来可大致分为被动 控制、主动控制和 NVH 性能试验。 3.1. 传统的噪声控制方法 早期的车内噪声控制途径主要有减弱声源强度、隔绝 传播途径和吸声处理三个方面。 3.1.1. 声源降噪 识别并降低声源噪声是噪声控制中最根本、最有效、最 直接的途径。 降低汽车上任何声源的噪声能量都有利于控制 车内外噪声， 尤其是降低

14、汽车发动机和传动系等主要噪声源 的噪声更具重要意义。为了降低声源噪声，首先必须识别出 噪声源，弄清声源产生噪声的机理和规律，然后改进设计， 降低产生噪声的激振力，降低发声部件对激振力的响应，从 而达到根治噪声的目的。 3.1.2. 隔断传播途径降噪 当对噪声源难以进行控制时， 我们就需要在噪声的传播 途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措 施。又称无源噪声控制。 3.1.2.1. 吸声降噪 在噪声源周围的有限空间内布置一些具有吸声作用的 材料，就会减少噪声能量的反射，使混响声部分大大降低， 从而达到降噪的目的。这种方法叫做吸声法。 工程上具有吸声作用并有工程应用价值的材料大多为

15、多孔性吸声材料，而穿孔板等具有吸声作用的材料，通常被 归为吸声结构。多孔吸声材料种类很多，按成型形状可分为 制品类和砂浆类； 按照材料可以分为玻璃棉、 岩棉、 矿棉等； 按多孔性形成机理及结构状况又可分为三种：纤维状、颗粒 状和泡沫塑料等。在吸声材料内部有大量微小的连通的孔 隙，声波沿着这些材料孔隙可以深入材料内部，与材料发生 摩擦作用将声能转化成热能。吸声结构的作用原理，多是利 用赫姆霍兹共振原理。这类吸声类似于暖水瓶的声共振：当 声波射入赫姆霍兹共振吸声器时，容器内口的空气受到激 励，将产生振动，容器内的介质将产生压缩或膨胀变形，以 此来消耗声能。当赫姆霍兹共振吸声器达到共振时，振动速 度

16、达到最大，对噪声的吸收也达到最大。工程中常用的吸声 结构有空气层吸声结构、 薄膜共振吸声结构和薄板共振吸声 结构、穿孔板吸声结构、微穿孔吸声结构、吸声尖劈等，其 中最简单的吸声结构就是吸声材料后留空气层的吸声结构。 吸声材料和吸声结构在汽车上主要应用于发动机和车 内降噪。在发动机壳体上，我们通常使用吸声材料来吸收和 降低声辐射，一般是以玻璃纤维、泡沫、毛毡类为基体的材 料，用非织物进行表面处理，背后设计成空气层结构。而在 汽车室内，全部内饰都装有吸声材料，这样的设计有效的降 低了车内噪声，例如在汽车顶棚采用吸声处理,可在乘员耳 朵的位置处降低 2 dB 以上的噪声。 3.1.2.2. 隔声降噪

17、 隔声降噪的原理是：当声波在传播途径中，遇到匀质屏 障物（如木版、金属板、墙体等）时，部分声能被屏障物反 射回去，一部分被屏障物吸收，只有一部分声能可以透过屏 障物辐射到另一空间去，透射声能仅是入射声能的一部分。 反射与吸收降低了噪声的传播。 隔声构件隔声量的大小与其材料、 结构和声波的频率有 关。常见的隔声结构有单层壁和双层壁两种。最简单的隔声 结构是单层均匀密实壁，如钢板、铅板、砖墙、钢筋混凝土 墙等。试验发现，单层壁的隔声量与壁的单位面积质量有密 切关系。单位面积质量越大，其隔声量越高，同样厚度的钢 板比铝板隔声效果好，同样材料的厚度大的隔声效果好，这 个规律称为隔声的质量定律。 双层壁

18、就是在双列平行的单层壁之间留有一定尺寸的 空气层。一般情况下，由于空气层的存在提高了隔声效果， 双层壁比单层匀质壁隔声量大 510dBA；如果隔声量相同， 双层壁的总重比单层壁减少 2/3 左右。在汽车上，隔声降噪 主要应用于发动机。发动机罩就是一种典型的隔声罩，它将 噪声辐射强烈的发动机遮蔽起来，减少噪声的透射。汽车驾 驶室和客车车厢也都属于隔声室类的隔声装置； 在高速公路 两旁采用声屏障来抑制交通噪声对两旁居民的干扰， 也是采 用了这种原理。 3.1.2.3. 阻尼降噪 汽车的壳体及机器的护壁、外罩、通风管道等都是金属 薄板制成的，当汽车行驶或机器运转时，这些金属薄板受激 励而振动时，往往

19、辐射噪声，是很严重的噪声源。对于这类 金属薄板振动辐射的噪声，我们常采用阻尼降噪技术。 在机械物理学中，阻尼是指系统耗散能量的能力。从减 振的角度看， 就是将机械振动的能量转变成热能或其他可以 消耗的能量，从而达到减振的目的。阻尼降噪技术就是充分 运用阻尼耗能的一般规律，从材料、工艺、设计等各项技术 发挥阻尼在减振方面的潜力，以提高机械结构的抗振性、降 低机械产品的振动、减少因机械振动所产生的声辐射，降低 机械噪声。 噪声控制中多采用的阻尼材料为泡沫多孔材料和 减振降噪的复合型材料。 3.2. 噪声主动控制 噪声主动控制是近 20 年来发展起来的一种全新的噪声 控制方法。与传统降噪措施相比，其

20、突出优势在于低频噪 声控制效果好，此外， 它还具有对原系统的附加质量小和占 用空间小等特点。 主动噪声控制通常是利用声波干涉的原理进行以声消 声的控制。当两个声波在叠加点处振动的方向一致、频率相 同及相位差恒定时，它们会发生干涉现象，引起声波能量在 空间的重新分配，此时利用人为的声源（次级声源） ，使其 产生的声场与原噪声源（初级声源）产生的声场发生相干性 叠加，产生“静区”，从而达到降低噪声的目的。还有一些学 者尝试采用主动减振来降低板件声辐射达到消声目的。曾 经有人提出采用激振器对发动机支承处振动进行主动控制 来降低车内噪声，但这种方法需要消耗较多的能量，且作 娄洁：浅谈汽车噪声及其控制技

21、术 7 动器布置困难，因而没有得到足够的重视。 3.3. 汽车 NVH 试验技术 汽车 NVH（Noise、Vibration、Harshness）指的是噪声、 振动与舒适性，其观点是，汽车是一个由激励源（发动机、 变速器等） 、振动传递器（由悬挂系统和边接件组成）和噪 声发射器（车身）组成的系统。NVH 试验技术是以整车作 为研究对象，从噪声、振动与舒适性的角度分析车内外噪声 的产生机理， 通过驾驶员或成员的感受来寻找噪声振动的激 励源， 再对激励源产生噪声及振动的机理和传播途径进行分 析研究，找到降噪减振的方法，来达到降低车内外噪声、提 高汽车乘坐舒适性的目的。 NVH 试验技术对新车型的

22、开发和现有车型的性能改善 都起着重要的作用。其主要的研究方法是，根据设定的汽车 NVH 目标值，建立数学模型，进行整车仿真分析。但由于 汽车系统极为复杂， 因此我们常将整车分解成多个子系统进 行研究，如底盘子系统、车身子系统等；也可以研究某个激 励源产生的或某种工况下的 NVH 特性。通过曲线、图表的 形式，或者借助于虚拟现实环境, 我们可以向有关技术人 员、专家及最终用户提供身临其境般的听觉、触觉及视觉感 受, 来提供分析结果，从而针对某种车型进行主观、客观评 价和改进设计方案。 长期以来，发达国家一向重视车辆的噪声控制，并针对 这一技术进行了深入的研究和实践， 积累了大量的理论和实 践的成

23、果与经验。而我国开展噪声控制技术的研究相对较 晚，国内各类车型的噪声控制还有较大发展空间，且大部分 生产厂家已经意识到其重要性，正在对此积极开展研究。由 于噪声控制的复杂性， 目前该领域内存在着大量的技术和应 用空白，国内汽车行业应充分把握这一时机，在借鉴国外先 进技术的同时, 通过自主创新,力求在短期内取得某些方面 的技术突破, 并加以实际应用，从而带动汽车噪声控制技术 的整体跨越式发展。 文稿责编 牛宝林 参考文献 1中国环境保护网汽车噪声控制技术及其进展 2邱亚宇车内噪声主动控制的研究 ，2005 年 6 月 3刘海萍、姚为民、王柏龄夏利新型轿车 NVH 特性试 验研究 ，2007 年 10 月 4李洪亮、丁渭平、王务林汽车噪声控制技术的最新 进展与发展趋势2007 年 4 月