汽车噪声来源与控制方法探析

张金迎

【摘 要】汽车性能的一个重要方面是汽车的噪声水平；噪声的控制，不仅关系到乘坐舒适性，而且还关系到环境保护。本文首先介绍了汽车噪声的主要来源分布，然后分析了汽车噪声的控制方法。

【关键词】汽车噪声；来源；控制方法

Analysis on the Source and Control methods of the Vehicle Noise

ZHANG Jin-ying

（Bengbu Automobile NCO Academy， Bengbu Anhui 233011， China）

【Abstract】Noise level is one of the importance aspect of automobile performance .The control of noise is not only related to riding comfort， but also related to environmental protection. The source of automobile noise is introduced， and the control method is analyzed in the paper.

【Key words】Automobile noise； Source； Control method

0 引言

随着生活水平的提高和汽车工业的迅速发展，人们对汽车质量和舒适性的要求越来越严格，希望汽车在使用时能保持平顺和静音。城市噪声的70%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，噪声的控制，不仅关系到乘坐舒适性，而且还关系到环境保护。然而一切噪声又源于振动，振动能够引起某些部件的早期疲劳损坏，从而降低汽车的使用寿命；过高的噪声既能损害驾驶员的听力，还会使驾驶员迅速疲劳，从而对汽车行驶安全性构成了极大的威胁。所以噪声控制，也关系到汽车的耐久性和安全性。因此，振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的，既要减小振动，降低噪声，又要提高乘坐舒适性，保证产品的经济性，使汽车噪声控制在标准范围之内。

1 汽车噪声来源分布

汽车主要噪声来源可以分为发动机噪声、车身振动噪声、底盘噪声以及空气动力噪声等。

1.1 发动机噪声

发动机噪声包括燃烧、机械、进气、排气、冷却风扇及其他部件发出的噪声。

在发动机各类噪声中，发动机燃烧噪声和机械噪声占主要成分。燃烧噪声产生于四冲程发动机工作循环中进气、压缩、做功和排气四个行程，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。机械噪声是指发动机工作时，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表面振动而引起的噪声，包括活塞敲击声、气门机构声、正时齿轮声。燃烧噪声和机械噪声都是由发动机本体发出的，并且随着发动机转速的增加，噪声也相应增加。一般情况下，低转速时燃烧噪声占主导地位，高转速时机械噪声占主导地位。

空气动力噪声是指汽车行驶中，由于气体扰动以及气体和其他物体相互作用而产生的噪声。在发动机中，它包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。空气动力噪声直接向空间辐射。

1.2 排气系统噪声

发动机排出废气时，在排气门附近，排气歧管内及排气管口气体压力发生剧烈变化，在空气中和排气管内产生压力波，辐射出很强的噪声。发动机排气噪声往往比发动机其他噪声源的总噪声高l0～15dB。排气噪声按产生的原因分为三种：（1）排气门开启时产生的周期性排气噪声；（2）气体涡流噪声：当高速气流通过排气门和管道时会产生强烈的涡流而辐射噪声；（3）气管道共鸣噪声：包括排气管、尾管、消声器内部各连接管道所产生的共鸣噪声。排气噪声的大小与发动机额定功率、转速、气门压力等因素有关，并随着发动机的负荷而变化。对于发动机排气噪声这类空气动力性噪声，最有效的降噪措施是在排气管道中安装消声器。消声器的作用是消耗气流的能量，平均气流的压力波动，让气流通过，对噪声有一定的消减作用。

1.3 传动系统噪声

汽车传动系包括离合器、变速器（分动器）、传动轴、驱动桥等。传动系统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，另外，箱体轴承等方面也影响着噪声的大小。齿轮噪声以声波向空间传出的仅是一小部分。而大部分则成了变速器、驱动桥的激振使各部分产生振动而发出噪声。影响齿轮噪声的因素是十分复杂的，理论分析和实际经验都表明，为减少齿轮噪声，不仅要从设计制造精度以及加工精度等方面把因啮合引起的撞击声和激振声控制到最小程度，而且在维修中要注意齿轮的安装精度、啮合间隙的调整。

汽车传动系中一般都大量应用了轴承，这些轴承会产生噪声，轴承对整机的支承刚度和固有频率有较大的影响，支承刚度不当可能会导致整个系统的共振并发出噪声。

1.4 轮胎噪声

轮胎噪声是汽车的另一个重要的噪声源。轮胎的噪声可以分为两种：一种是轮胎直接放射出来的噪声，称为直接噪声或车外噪声；另一种是轮胎直接或间接地成为激振源，振动通过悬架和车架传至车身，成为车厢内的噪声。

轮胎直接噪声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。

1.5 气动噪声

当车速达到100km/h以上时，气动噪声成为最主要的噪声源。乘用车气动噪声与其外型、速度、风向等有关。对于气动噪声的研究主要是采用模拟仿真的方法以及进行风洞实验等。由于受到机械影响和路面激励作用，造成汽车整体上所有部件都会对外产生噪声。这些影响汽车噪声的因素原因复杂，使得控制汽车噪声仍然显得十分困难。不同类型的汽车噪声特征及各个噪声源所占整车噪声的能量比率差异也非常大。

2 汽车噪声控制方法

噪声控制主要包括从机械原理出发的噪声控制、从声学原理出发的噪声控制和主动控制。

2.1 从机械原理出发的噪声控制措施

随着材料科技的发展，各种新型材料应运而生，用一些内摩擦较大的合金，高强度塑料生产机器零件，对于风扇可以选择最佳叶片形状降低噪声；齿轮改用斜齿轮或螺旋齿轮，啮合系数大，可降低噪声3～16dB；改用皮带传动代替一般的齿轮传动，由于皮带能起到减震阻尼作用；选择合适的传动比也能降低噪声。

2.2 从声学原理出发的噪声控制措施

吸声：吸声是用特种被动式材料来改变声波的方向，在车室内合理的布置吸声材料能有效降低声能的反射量，达到降噪的目的。目前在汽车上使用的吸声材料有：（1）多孔性吸声材料，其原理是当声波进人材料表面空隙，引起空隙中的空气和材料微小纤维的振动来消耗声能达到吸声目的，一般有尼龙、人造丝、聚酯等多孔性材料；（2）穿孔板结构，在板与车身之间保留一定的空隙，形成（下转第135页）（上接第102页）赫尔姆霍斯共振腔耗散声能。

隔声：这种方法是用某种隔声材料将声源与周围环境隔离，使辐射的噪声不能直接传播到周围区域，从而达到降噪目的。常用措施有隔声材料和隔声结构，选用隔声结构时应考虑所隔噪声的特点、材料、结构性能和成本。目前，通常采用双层壁结构，在夹层中填充玻璃棉聚酯泡沫、毛毡等吸声材料，以此提高隔声效果。

减震：汽车的外壳都是由金属薄板制成，车身行使过程中，震源将振动传给车身，在车身中以弹性波形传播，这些薄板受到激振产生噪声，同时引起车体上其他部件的振动。因此，为了防止发动机、传动系、悬架及轮胎的振动传人车内，需要加强地板、顶棚等大面积的钣件的刚度，尽量少用大面积钣金件，覆盖件采用加强筋增大刚度，可以防止车身自身振动。

由于发动机是汽车主要噪声源，同时距离驾驶员距离最近，因此在引擎盖内侧加贴防火隔音毯、对仪表盘下层加装消音垫，对吸收发动机高速转动时产生的高频噪声有明显效果。此外，在车内乘员厢中央底盘以及行李箱地盘上粘贴阻尼材料和吸声垫以及防潮吸声毯，能够很好抑制板件振动以及由此产生的噪声和轮胎路面噪声、排气噪声等，大大降低车内乘员的不舒适感，提高汽车NVH性能。

2.3 主动控制

汽车在运行中的降噪主动控制主要是运用重叠声场相互干涉的原理。把压电元件嵌入车身结构，传感器能够检测到车身振动并反馈信号给ECU，电信号经过控制算法计算处理后生成相应的控制信号并经过功率放大，驱动驱动器使车身结构产生应变以改变其动态阻尼，从而实现对车身振动的主动控制。所以通过创建在振幅和频率上与初级振动大小相同而方向相反的反向声场，使之与原声场重叠，即可消除发动机的振动，从而抑制车内辐射噪声。

3 结语

综上所述，噪声控制的方法有两种：第一是消减振源；第二是控制噪声的传出。被动降噪方法采用阻尼比较大的吸声材料，利用隔声、隔振技术进行结构设计控制噪声，会导致汽车体积大而且降噪效果也不十分理想。而主动控制的关键在于硬件基础、控制逻辑、微处理器等，保证传感器所测信号的准确性。到目前为止，主动降噪的研究还处于发展阶段，距离技术成熟和普及仍有一定的差距，但也取得了一定的进展，例如在汽车悬架振动中实现了自适应控制，可以预见主动控制技术必将在未来的汽车工程中得到广泛应用。

【参考文献】

[1]张超群，等.汽车噪声与振动故障的诊断及排除[M].北京：科学出版社，2011：99-116.

[2]陈南.汽车振动与噪声控制[M].北京：人民交通出版社，2014：141-173.

[责任编辑：王楠]