車輛噪聲與控制：車輛,噪聲,與,控制,隨著,汽車,工業(yè),的,
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于汽車的舒適性和振動(dòng)噪聲控制的要求越來越嚴(yán)格。據(jù)國外有關(guān)資料表明，城市噪聲的70%來源于交通噪聲，而交通噪聲主要是汽車噪聲。它嚴(yán)重地污染著城市環(huán)境，影響著人們的生活、工作和健康。所以噪聲的控制，不僅關(guān)系到乘坐舒適性，而且還關(guān)系到環(huán)境保護(hù)。然而一切噪聲又源于振動(dòng)，振動(dòng)能夠引起某些部件的早期疲勞損壞，從而降低汽車的使用壽命；過高的噪聲既能損害駕駛員的聽力，還會(huì)使駕駛員迅速疲勞，從而對(duì)汽車行駛安全性構(gòu)成了極大的威脅。所以噪聲控制，也關(guān)系到汽車的耐久性和安全性。因此振動(dòng)、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的，既要減小振動(dòng)，降低噪聲，又要提高乘坐舒適性，保證產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，使汽車噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。
1 噪聲的種類
產(chǎn)生汽車噪聲的主要因素是空氣動(dòng)力、機(jī)械傳動(dòng)、電磁三部分。從結(jié)構(gòu)上可分為發(fā)動(dòng)機(jī)(即燃燒噪聲)，底盤噪聲(即傳動(dòng)系噪聲、各部件的連接配合引起的噪聲)，電器設(shè)備噪聲(冷卻風(fēng)扇噪聲、汽車發(fā)電機(jī)噪聲)，車身噪聲(如車身結(jié)構(gòu)、造型及附件的安裝不合理引起的噪聲)。其中發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲占汽車噪聲的二分之一以上，包括進(jìn)氣噪聲和本體噪聲(如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，配氣軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)、排氣門開關(guān)等引起的噪聲)。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的減振、降噪成為汽車噪聲控制的關(guān)鍵。
此外，汽車輪胎在高速行駛時(shí)，也會(huì)引起較大的噪聲。這是由于輪胎在地面流動(dòng)時(shí)，位于花紋槽中的空氣被地面擠出與重新吸入過程所引起的泵氣聲，以及輪胎花紋與路面的撞擊聲。
2 噪聲要求
歐洲的法規(guī)規(guī)定，從1996年10月起，客車的外部噪聲必須從77dBA降到74dBA，減少了一半噪聲能量，到本世紀(jì)末進(jìn)一步降低到71dBA。日本的法規(guī)規(guī)定，小型汽車在今后十年內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)控制在76dBA以下。國內(nèi)的一些大城市也計(jì)劃在2010年交通干線的噪聲平均值控制在70dBA以內(nèi)。而據(jù)國內(nèi)目前有關(guān)資料表明，國內(nèi)的大客車的噪聲許可值則不得超過82dBA，輕型載貨車為83.5dBA。由此可見，我國在車輛噪聲控制方面還得狠下工夫。
3 噪聲評(píng)價(jià)
噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是指車內(nèi)、外的噪聲值和振動(dòng)適應(yīng)性。評(píng)價(jià)方法可分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。影響汽車噪聲主觀評(píng)價(jià)的主要因素是舒適性、響度和確定性，例如可以利用語義微分法進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。在客觀評(píng)價(jià)時(shí)，可以采用PCNM噪聲測量裝置測量試驗(yàn)進(jìn)行分析；此外模擬技術(shù)中的有限元法(FEM)和邊界元法(BEM)也被廣泛應(yīng)用。
4 噪聲的控制
根據(jù)噪聲產(chǎn)生和傳播的機(jī)理，可以把噪聲控制技術(shù)分為以下三類：一是對(duì)噪聲源的控制，二是對(duì)噪聲傳播途徑的控制，三是對(duì)噪聲接受者的保護(hù)。其中對(duì)噪聲源的控制是最根本、最直接的措施，包括降低噪聲的激振力及降低發(fā)動(dòng)機(jī)部位對(duì)激振力的響應(yīng)等，即改造振源和聲源。但是對(duì)噪聲源難以進(jìn)行控制時(shí)，就需要在噪聲的傳播途徑中采取措施，例如吸聲、隔聲、消聲、減振及隔振等措施。汽車的減振降噪水平與整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及強(qiáng)度、剛度、質(zhì)量、制造成本和使用密切相關(guān)。
4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)與噪聲
降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是汽車噪聲控制的重點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)是產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的根源。發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲是由燃料燃燒，配氣機(jī)構(gòu)、正時(shí)齒輪及活塞的敲擊噪聲等合成的。
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲
降低發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲就要改造振源和聲源，包括用有限元法等方法分析設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，選用柔和的燃燒工作過程，提高機(jī)體的結(jié)構(gòu)剛度，采用嚴(yán)密的配合間隙，降低汽缸蓋噪聲。例如在油底殼上增設(shè)加強(qiáng)筋和橫隔板，以提高油底殼的剛度，減少振動(dòng)噪聲。另外，給發(fā)動(dòng)機(jī)涂阻尼材料也是一個(gè)有效的辦法。阻尼材料能把動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能。進(jìn)行阻尼處理的原理就是將一種阻尼材料與零件結(jié)合成一體來消耗振動(dòng)能量。它有以下幾種結(jié)構(gòu)：自由阻尼層結(jié)構(gòu)、間隔自由阻尼層結(jié)構(gòu)、約束阻尼層結(jié)構(gòu)和間隔約束阻尼層結(jié)構(gòu)。它的采用明顯地減少了共振的幅度，加快了自由振動(dòng)的衰減，降低各個(gè)零件的傳振能力，增加了零件在臨界頻率以上的隔振能力。
目前，已有一些國家的專家設(shè)計(jì)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)隔振系統(tǒng)，用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，以達(dá)到降低噪聲的目的。
(2)進(jìn)氣噪聲
進(jìn)氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源之一，系發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增強(qiáng)。非增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣噪聲主要成分包括周期性壓力脈動(dòng)噪聲、渦流噪聲、汽缸的亥姆霍茲共振噪聲等。增壓式柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲主要來自增壓器的壓氣機(jī)。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲源于羅茨泵。對(duì)此，的方法是采用進(jìn)氣消聲器。類型有阻性消聲器(吸聲型)、抗性消聲器(膨脹型、共振型、干涉型和多孔分散型)和復(fù)合型消聲器。將其與空氣濾清器結(jié)合起來(即在空濾器上增設(shè)共振腔和吸聲材料，例R3238型)就成為的進(jìn)氣消聲器，消聲量可超過20dBA。
4.2 底盤噪聲
(1)排氣系噪聲
排氣系噪聲是底盤的主要噪聲源，主要由排氣壓力的脈動(dòng)噪聲，氣流通過氣門座時(shí)所發(fā)出的渦流噪聲，由于邊界層氣流的擾動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲以及排氣口處的噴流噪聲所組成。
優(yōu)化設(shè)計(jì)性能良好的消聲器，是降低汽車噪聲的重要手段之一。優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法有聲學(xué)有限元法和聲學(xué)邊界元法，但目前還處于起步階段。避免消聲器的傳遞特性與振動(dòng)特性耦合是消聲器設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)解決的一個(gè)問題。其次，降低排氣噪聲與提高動(dòng)力性也是一對(duì)矛盾，因?yàn)榻档团艢庠肼暸c降低排氣背壓對(duì)排氣管直徑的設(shè)計(jì)有著相矛盾的要求，前者要求有較小的直徑，而后者卻相反。對(duì)此，采用并聯(lián)流路的雙功能消聲器，在減小背壓和降低氣流噪聲方面頗為有效。另外 ，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到消聲器入口的一段管路，采用柔性管的減振、降噪效果明顯，可降低7dBA左右。
(2)傳動(dòng)系噪聲
傳動(dòng)系噪聲來源于變速齒輪嚙合引起的振動(dòng)和傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。一般采取的措施是：一是選用低噪變速器，二是發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱及后橋主減速器等部件與底盤用橡膠墊進(jìn)行柔性連接，從而達(dá)到隔振的目的；三是控制轉(zhuǎn)動(dòng)軸的平衡度，降低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
4.3 電器設(shè)備噪聲
(1)冷卻風(fēng)扇噪聲
冷卻風(fēng)扇是噪聲的發(fā)生裝置，受到護(hù)風(fēng)圈、水泵、散熱器及傳動(dòng)裝置的影響，但其噪聲的產(chǎn)生主要取決于底盤。
(2)汽車發(fā)電機(jī)噪聲
汽車發(fā)電機(jī)噪聲取決于多種來源的效應(yīng)，這些來源有磁體源、機(jī)械和空氣動(dòng)力源。噪聲級(jí)取決于發(fā)電機(jī)的磁力和通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及發(fā)電機(jī)的制造和裝配精度。
4.4 車身噪聲
隨著車速的提高，車身的噪聲也就越來越大，主要起因是空氣動(dòng)力噪聲。因此，提出了如下方案來改善車身噪聲：一是對(duì)車身進(jìn)行流線型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)光滑過渡；二是在車身與車架之間采用彈性元件連接；三是進(jìn)行室內(nèi)軟化，如在頂棚及車身內(nèi)蒙皮間使用吸聲材料。
另外，汽車在高速行駛時(shí)，輪胎也是產(chǎn)生噪聲的一個(gè)來源。實(shí)車惰行法已經(jīng)測得：輪胎的輪距越大，則噪聲越大。此外，輪胎的花紋與噪聲的產(chǎn)生也有很大的關(guān)系，選用有合理花紋的鋼絲簾布子午線輪胎是降低輪胎噪聲的有效方法。對(duì)于輪胎的材料而言，使用更富有彈性且柔軟度高的橡膠，就可制造出低噪的輪胎。
4.5 其他措施
對(duì)汽車噪聲的控制，除了在設(shè)計(jì)上使用優(yōu)化方法和零件的優(yōu)化選用以外，還可以對(duì)噪聲進(jìn)行主動(dòng)控制。這就是以聲消聲技術(shù)，原理是：利用電子消聲系統(tǒng)產(chǎn)生與噪聲相位相反的聲波，使兩者的振動(dòng)相互抵消，以降低噪聲。這種消聲裝置采用極其的電子元件，具有優(yōu)異的消聲效果，可用于降低車內(nèi)噪聲、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，還可以用于主動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)支撐系統(tǒng)，以抵消發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲。
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