摘要：從汽車噪聲的產(chǎn)生機(jī)理入手，分析了噪聲傳播的途徑，從主動控制與被動控制兩方面對汽車減振降噪技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了實際應(yīng)用的降噪方法。

關(guān)鍵詞：汽車噪聲；減振降噪；降噪技術(shù)

O 引言

隨著生活水平的提高，人們對汽車的噪聲、震動和舒適性要求越來越高，為了提高車輛的舒適性，世界各大汽車公司都對汽車內(nèi)噪聲水平制定了嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，將車內(nèi)噪聲控制作為重要的研究方向。因此掌握車內(nèi)噪聲產(chǎn)生機(jī)理，采用相應(yīng)的減振降噪技術(shù)加以控制是十分必要的，也是衡量現(xiàn)代汽車制造質(zhì)量的一個綜合性技術(shù)指標(biāo)。

1 汽車噪聲產(chǎn)生的機(jī)理

汽車內(nèi)噪聲的來源可以從2個傳播途徑加以分類，即固體傳播和空氣傳播。具體來講，根據(jù)車內(nèi)噪聲產(chǎn)生的不同震動源，噪聲源又可分為以下3種：

1.1 變速器產(chǎn)生的振動

汽車變速器噪聲是汽車的主要聲源之一。首先，變速器振動常常會誘發(fā)與其相連接部件的振動，影響整車的工作性能；其次，齒輪噪聲的頻率一般處于200 Hz一5000Hz的范圍內(nèi)，對這一頻率范圍的噪聲人耳尤為敏感；此外，由于變速器載荷和速度的提高，由此產(chǎn)生的齒輪噪聲比其他聲源的噪聲更突出。因此，從某種程度上說，控制了汽車變速器齒輪振動噪聲，也就大大提高了汽車乘坐舒適性，解決汽車變速器的振動噪聲問題，比以往顯得更迫切[1]。

一般來說，變速器的振動噪聲主要是齒輪噪聲，它的發(fā)生可表示為圖1所示的框圖。齒輪系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)度不僅與齒輪嚙合的動態(tài)激勵力有關(guān)，而且還與輪體、傳動軸、軸承及箱體等的結(jié)構(gòu)形式、動態(tài)特性以及動態(tài)嚙合力在它們之間的傳遞特性有關(guān)。

圖1 齒輪噪聲的產(chǎn)生

1.2 動力傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲

發(fā)動機(jī)燃燒和慣性力引起的震動傳至車身引起彎曲振動和扭曲振動，向車內(nèi)輻射中、低頻噪聲；傳動系由于質(zhì)量不平衡及齒輪嚙合產(chǎn)生的振動，發(fā)動機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、風(fēng)扇噪聲等，由空氣通過車身的孔、縫隙傳至車內(nèi)或通過車身板壁透聲至車內(nèi)。

1.3 其它噪聲

1.3.1 路面不平度激勵引起的噪聲

路面激勵通過懸架等引起車身振動造成車內(nèi)低頻噪聲。

1.3.2 車輪噪聲

由于車輪不平衡引起的震動傳至車身引起的振動，產(chǎn)生車內(nèi)低頻噪聲；輪胎與地面的摩擦聲(路噪)通過車底板傳到車內(nèi)。

1.3.3 空氣擾動噪聲

高速行駛時，汽車沖破空氣幕產(chǎn)生的碰撞及摩擦對車身的激勵造成車身高頻振動，在車內(nèi)產(chǎn)生高頻噪聲。

此外，還有駕駛艙內(nèi)飾板等部件發(fā)生震動產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲；空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲；制動系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻噪聲。

綜上可知，固體震動通過構(gòu)件傳播至車身，引起車身的振動，再由車身板壁振動輻射噪聲至車內(nèi)，引起車內(nèi)噪聲；空氣傳播則將各種噪聲源所輻射的噪聲通過空氣由車身的縫隙或孔洞傳播至車內(nèi)，形成車內(nèi)噪聲。而對于車身而言，本身結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型、阻尼等模態(tài)參數(shù)，對車內(nèi)噪聲的形成有著重要的作用。當(dāng)外界激勵與車身固有的頻率一致時，車身發(fā)生共振，可使噪聲放大；同時，車身上外界振動輸入點(diǎn)的動剛度對振動能量的輸入也有很大影響，在一定程度上影響著車內(nèi)噪聲水平。實踐表明，中低頻(30—400Hz)車內(nèi)噪聲主要由固體傳播這一途徑造成，而高頻車內(nèi)噪聲則以空氣傳播為主。如果能夠削弱或消除固體傳播，則可使車內(nèi)噪聲大大降低[2]。

2 汽車減振降噪主動控制技術(shù)

2.1 變速箱箱體的降噪技術(shù)

2.1.1 提高剛度

對變速箱的箱體進(jìn)行加固，尤其是提高關(guān)鍵點(diǎn)處的剛度，降低變速箱箱體的輻射噪聲是降低該變速箱箱體噪聲的主要措施。主要采用增加加強(qiáng)筋的方法，提高整體剛度，達(dá)到減振降噪的目的。

2.1.2 提高箱體內(nèi)齒輪嚙合質(zhì)量

齒輪嚙合動態(tài)激勵是汽車變速器產(chǎn)生振動的基本原因，提高箱體內(nèi)常嚙合齒輪的嚙合質(zhì)量，減小振動激勵源，達(dá)到降低噪聲的目的。

2.2 噪聲的有源控制

原始聲源產(chǎn)生噪聲以后，置于聲場中的多個傳聲器迅速檢測到聲源信號，并通過信號放大及相位調(diào)節(jié)送入相應(yīng)的附加聲源中，使該附加聲源產(chǎn)生的聲能量與原始聲源產(chǎn)生的噪聲相互抵消，從而達(dá)到噪聲控制的目的。因此，有源消聲適應(yīng)的環(huán)境是以聲場中的聲能量減小為目的的場合，所需要的設(shè)備是多個傳聲器及具有運(yùn)算、信號放大等功能的計算元件，此外還需要多個執(zhí)行器件(如揚(yáng)聲器等)。

2.3 智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的噪聲主動控制

實現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)的基本邏輯構(gòu)思就是：將驅(qū)動元件和傳感元件緊密結(jié)合在結(jié)構(gòu)中，同時也將邏輯控制電路、信號處理器、功率放大器、信息處理和人工智能環(huán)節(jié)以及數(shù)據(jù)傳輸總線等集成在結(jié)構(gòu)中，通過機(jī)械、熱、電、磁等激勵和控制，使智能結(jié)構(gòu)不僅具有承受載荷的能力，還具有識別、分析、處理及控制等多種功能[3-4]。

2.3.1 電／磁流變減振器控制

電／磁流變減振器屬于主動減振器，其阻尼力是通過孔道的節(jié)流阻力來實現(xiàn)的。不加電／磁場時，減振器的阻尼力較��；在外加電／磁場后，作為減振器工作液的電／磁流變流體的粘性流動阻力增大，其孔道節(jié)流阻尼力也增大，減振器的性能隨之改變。由于電／磁流變流體的響應(yīng)速度很快，故可根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)通過外加的電／磁場控制減振器的性能參數(shù)，從而達(dá)到主動減振的目的。目前電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的發(fā)展水平可以滿足電／磁流變減振器的響應(yīng)能力的控制要求。汽車半主動懸架系統(tǒng)減振器的減振液常選用磁流變液體。目前，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家對磁流變技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作，已有一些產(chǎn)品問世。如Lord公司開發(fā)的商業(yè)磁流變液MRx一126PD，采用單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)設(shè)計的磁流變減振器已用于大型載重汽車司機(jī)座椅半主動懸架減振系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)電流變隔振懸置可有效地減小發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的振動，起到隔振降噪的作用。

2.3.2 壓電材料智能結(jié)構(gòu)控制

用壓電智能材料制成的元件即壓電元件。應(yīng)用壓電智能材料降低車內(nèi)噪聲，是通過對車身振動的主動控制來實現(xiàn)的。其基本原理是把分別作為傳感器和驅(qū)動器的壓電元件粘貼或嵌入車身結(jié)構(gòu)(如板、殼、梁)中，傳感器感受到車身結(jié)構(gòu)振動，車聲相映的振動信號，并反饋到電子控制單元(ECU)，經(jīng)相應(yīng)的控制算法進(jìn)行處理后，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，控制信號經(jīng)功率放大后，驅(qū)動驅(qū)動器，使車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變以改變結(jié)構(gòu)的動態(tài)阻尼，來實現(xiàn)對車身的主動控制，從而抑制車內(nèi)噪聲。

噪聲主動控制技術(shù)的最突出優(yōu)點(diǎn)有2個：一是主動性，可根據(jù)所控制噪聲的特性，相應(yīng)地設(shè)計和改變控制系統(tǒng)的各種特性，使控制具有針對性和目標(biāo)性；二是低頻噪聲控制效果好，彌補(bǔ)了噪聲被動控制技術(shù)的不足，此外，噪聲主動控制系統(tǒng)體積小自質(zhì)量輕，并且對汽車的結(jié)構(gòu)及工作特性幾乎沒有影響。噪聲主動控制技術(shù)是一種能夠有效地控制車內(nèi)低頻噪聲的方法，已逐漸成為汽車車內(nèi)噪聲控制的發(fā)展趨勢。

3 汽車減振降噪被動控制技術(shù)

被動控制降噪技術(shù)多從以下3方面著手：一是消除或減弱聲源噪聲；二是控制噪聲傳播途徑，阻斷固體傳播；三是保護(hù)噪聲接受者[5]。

3.1 消除、減弱噪聲源

首先，在開發(fā)過程中，必須對汽車進(jìn)行減振降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前國外已有用于研究汽車噪聲與振動的軟件工具，幫助設(shè)計者識別、隔離和排除可能的噪聲源，例如使用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行汽車的空腔聲學(xué)模態(tài)分析，得到聲學(xué)模態(tài)頻率和振型，并結(jié)合聲學(xué)實驗分析和轎車頂棚、前擋風(fēng)玻璃有限元模態(tài)分析，進(jìn)行針對降低車內(nèi)噪聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。另外，零部件生產(chǎn)企業(yè)也會遇到振動、噪聲問題，設(shè)計者考慮的問題也不是單純零部件本身，而是零部件與零部件之間，零部件與整車之間的關(guān)系。其次，在降噪處理時，減弱聲源的途徑主要有：①對發(fā)聲部件采用消聲器，對振動部件采用減振器；②采用或改進(jìn)密封元件來消除泄漏氣流的間隙，增加密封壓力。

3.2 控制噪聲傳播途徑

通過阻尼隔振、隔聲、吸聲等措施處理來改善振源和車身的傳遞關(guān)系，從而達(dá)到降噪的目的[6]

1)振動與噪聲的阻尼控制有3種方式。一是通過表面阻尼處理來提高結(jié)構(gòu)阻尼，抑制共振，改善結(jié)構(gòu)抗振降噪性能。目前在汽車上使用的阻尼材料有；①瀝青類阻尼材料；②橡膠類阻尼材料(均已廣泛用于汽車)；③車用阻尼涂料，它是減少振幅、降低噪聲和隔熱吸音的功能性涂料，已在汽車上得到了廣泛應(yīng)用；④采用新技術(shù)的寬溫域阻尼材料，此材料在各種復(fù)雜的條件下都能起到減振、降噪、隔音、隔熱的作用，目前已試用于國產(chǎn)客車上。二是采用高阻材料制作汽車零部件，目前高阻尼m —zn系合金已用于制作汽車發(fā)動機(jī)蓋的材料。三是通過阻尼隔振技術(shù)來防止振動傳人車內(nèi)。

2)隔聲。車內(nèi)隔聲結(jié)構(gòu)一般根據(jù)阻尼減振、隔聲和吸聲等多項要求，在不同部位適當(dāng)組合吸聲防振材料而構(gòu)成。應(yīng)根據(jù)所隔噪聲的特點(diǎn)、隔聲材料、結(jié)構(gòu)性能和成本來選擇隔聲結(jié)構(gòu)。

3)吸聲。在聲空間的界面上附加吸聲材料，從而空氣波入射到這些界面時，聲能量由吸聲材料的內(nèi)損耗而轉(zhuǎn)變成為熱能，避免反射而出現(xiàn)的混響作用，從而減小聲空間的聲壓級，達(dá)到控制車內(nèi)噪聲的目的。車內(nèi)頂棚、底板和側(cè)壁內(nèi)飾襯墊應(yīng)盡量使用本身具有吸聲性能的材料，同時隔聲與吸聲應(yīng)綜合考慮，以實現(xiàn)用最少的材料，用最簡單的結(jié)構(gòu)來控制車內(nèi)噪聲。目前在汽車上使用的吸聲材料主要有：① 多孔性吸聲材料，這類材料主要有玻璃棉、毛氈等；② 開孔壁吸聲材料，車身頂部內(nèi)飾面即采用這種吸聲材料。

通常情況下，綜合應(yīng)用上述三種降噪方法來進(jìn)行減振、隔振和吸聲降噪。如：① 地板采用地毯、麻氈、毛氈、鋼板、內(nèi)涂層；② 頂蓋采用鋼板、再生棉氈、乙烯、人造革；③ 行李箱板采用纖維板、毛氈、鋼板；④ 后輪罩采用乙烯、人造革、毛氈、鋼板、內(nèi)涂層；⑤ 座椅靠板采用麻氈、乙烯、鋼板；⑥ 前位板采用聚乙烯、玻璃纖維、鋼板；⑦ 駕駛員腳踏板采用鋼板、麻氈、玻璃纖維等。

3.3 保護(hù)噪聲接受者

這主要是對保護(hù)車內(nèi)駕駛員和乘客而言，常用的方法有使用防聲耳塞、耳罩和防聲帽盔等。

上述被動控制技術(shù)大多能對車內(nèi)中、高頻噪聲進(jìn)行有效控制，但對低頻噪聲控制效果基本上都不明顯。

4 結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車舒適性的要求越來越高，因此也對車內(nèi)減振降噪技術(shù)的要求也越來越高，主動控制技術(shù)的研究尚處于發(fā)展階段，與技術(shù)成熟和普及還有一定距離。但隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)和材料結(jié)構(gòu)的發(fā)展，我們有理由相信：主動控制技術(shù)必將在汽車減振降噪方面得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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