汽车室内噪声分析及动力吸振器的降噪措施

许津，宋年秀，张敬辉，刘鹏，胡韶文

（青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛 266520）

汽车室内噪声分析及动力吸振器的降噪措施

许津，宋年秀，张敬辉，刘鹏，胡韶文

（青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛 266520）

随着汽车技术的发展及对行车舒适性要求的提高，噪声控制越来越受到重视，降低汽车噪声成为人们关注的重要课题。文中分析了汽车室内噪声产生的来源，就如何控制汽车室内噪声及其控制措施进行了分析探讨，着重论述了安装动力吸振器的降噪效果。

汽车；室内噪声；动力吸振器；降噪

随着汽车工业的发展和人们生活水平的提升，行驶舒适性越来越被人们所关注。如何改善并提高车辆内部声学环境，降低车内噪声水平成为中国乃至世界亟待解决的问题之一。

1　汽车各系统降噪的改进措施

车内噪声主要通过结构振动和气体进行传播，其主要来源于车室外的噪声源和振动源，如车身的振动、空气与车身的摩擦冲击等。车速过高也会导致车身振动频率升高。这种噪声主要在低频区，但由于乘坐室空腔的共振会放大噪声，使其影响增大。汽车室内噪声主要分类如图1所示。该文主要研究如何改进低频区域的振动噪声。

图1　汽车室内噪声分类

（1）降低发动机本体噪声。要想解决发动机本体噪声，首先要从其自身结构出发。为了提高结构刚度，可以采用有限元分析对发动机进行初步规划设计。如为了提高油底壳的刚度，可在油底壳上增设加强筋和横隔板，进而减少振动噪声。目前，一些汽车技术发达的国家已设计出了一种发动机主动隔振系统，该系统可有效抑制发动机振动频率，起到降噪的作用。

（2）降低传动系噪声。首先变速器的选择很重要，应采用低噪变速器，这是最直接的方法；二是各部件之间采用橡胶垫进行柔性连接；三是将空心圆密封胶条加在变速器检修门窗处，达到隔振的目的；四是通过调整控制转动轴的平衡度，降低扭转振动，从而达到减振降噪的目的。

（3）降低进、排气系统噪声。进气系统的噪声强弱与发动机的转速成正比，而排气系统噪声由排气压力噪声与喷流噪声构成。因此，优化设计性能良好的消声器对改善噪声环境尤为重要。通常采用柔性管连接在发动机排气歧管到消声器口段，经测试该方法可使噪声数值降低7dB左右。

（4）降低车身噪声。车速的日益提高使得车身的噪声越来越大，汽车在高速行驶时主要产生空气动力噪声，对驾驶员影响很大。可通过以下措施改善车身噪声：一是车身流线形设计；二是在车身与车架之间采用弹性元件连接以削减振动；三是适当地应用吸声材料降低车身噪声强度。

2　基于动力吸振器的降噪措施

根据以上分析，车内振动所产生的轰鸣声是汽车室内噪声的主要来源之一。下面在研究动力吸振器原理结构的基础上，研究基于动力吸振器的减振降噪措施。

2.1动力吸振器的原理

图2　装有动力吸振器的振动系统的原理示意图

主系统配备动力吸振器的工作原理如图2所示。从中可看出动力吸振器类似于一个弹簧系统，将其安装在主系统上，产生与主系统方向相反的振动，使某频率下主系统振动强度降低。

图3为主系统安装动力吸振器前后的频率对比。从图3可以看出：未安装动力吸振器时，在频率比1附近存在1个峰值，此处振动较强烈；安装动力吸振器后，存在2个较小峰值，分别在频率比0.5和1.3附近，2个峰值比未安装动力吸振器时的小很多，说明安装动力吸振器可大幅度降低振动强度。

图3　安装和未安装动力吸振器时主系统的频率响应曲线

2.2动力吸振器设计

动力吸振器刚度和质量的确定以适合的工作频率为前提，此处工作频率设为68Hz。正常情况下，动力吸振器的质量是原系统的10%～20%，尽管其质量与振幅衰减成正比，但质量过大会降低其使用寿命，企业生产成本也会大大增加。动力吸振器的刚度大小通过橡胶件（动力吸振器弹簧部分）的大小控制，二者成反比关系。为了加强对橡胶件的持续利用，需对其工作寿命进行试验，保证其刚度在规定范围内。最终确定的动力吸振器技术参数如下：质量M=2.16kg；刚度K=10010N/m；固有频率ω =68Hz。

2.3试验验证

图4为动力吸振器的安装位置示意图。为检验安装动力吸振器能否对试验车振动轰鸣声起到降噪作用，进行锤击试验和整车道路试验。

图4　安装在副车架上的动力吸振器

2.3.1锤击试验

锤击试验需借助三向加速传感器，试验时将其固定在车架后悬置处，之后用力击打悬置位置。通过数据采集系统获得安装动力吸振器前后的信号进行分析，结果如图5所示。

图5　锤击试验结果

从图5可以看出：当频率为68Hz时，动力吸振器安装前曲线对应波峰，动力吸振器安装后曲线对应波谷，振动轰鸣声的强度大幅度降低。

2.3.2整车道路试验

从图5来看，安装动力吸振器后尽管振动强度在68Hz处大幅度降低，但后悬置点在55Hz附近的振动增大。为了验证动力吸振器在汽车实际行驶时对后排噪声的抑制作用，将麦克风置于后排右侧乘客内耳中，在平直水泥路面将车速全油门加置3挡，得到转速与声压关系曲线（如图6所示）。

图6　整车道路试验结果

从图6可以看出：未安装动力吸振器时，在转速2040r/min时声压达到峰值62.4dB（A）；安装动力吸振器后，该转速处声压为60.4dB（A），噪声强度得到有效抑制。

3　结语

在汽车工业不断发展的今天，人们对汽车噪声标准的要求越来越高，汽车乘坐舒适性成为衡量汽车品质的重要因素。该文根据车内轰鸣声产生机理及特性，采用动力吸振器降低汽车行驶时的室内噪声，并通过锤击试验和整车道路模拟试验证明了安装动力吸振器以降低车内噪声的可行性。

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2015-12-25