汽车噪声的控制措施及控制技术的发展趋势

汽车噪声的控制措施及控制技术

摘要：通过分析汽车噪声的来源和噪声控制的一般方法,提出了降低汽车噪声的一些方法及措施。并简要阐述主动降噪方法和被动降噪方法，论证下各自的优缺点。

关键词：汽车、噪声、控制措施

随着汽车工业的发展，汽车给世界带来了现代物质文明，但同时也带来了环境噪声污染等社会问题。至此汽车噪声控制日益引起人们的关注，尤其近几年来，作为汽车乘坐舒适性的重要指标，汽车噪声也会在很大程度上反映出生产厂家的设计水平及工艺水平，噪声水平成为衡量汽车质量的重要标志之一，因此控制汽车噪声到最低水平也是追求的方向.汽车噪声通过声辐射的方式传到车外、车内，为了达到国家规定的噪声标准，需要控制车辆外部噪声；随着现代汽车对乘坐的舒适性和行使安全性的要求越来越高，需要降低车辆内部的噪声。车内噪声过大会影响汽车的舒适性、语言清晰度，甚至影响驾驶员和乘客的心理、生理健康，如果驾驶员长期处于噪声环境中容易引起疲劳造成交通事故和生命危险；车外噪声过大会影响路人的身心健康。因此只有掌握车辆噪声产生机理采取对症下药就显得非常必要了。

1.噪声的危害分析

经科学研究和长期实践证明,由于噪声的影响,会导致驾驶员神经系统功能下降。例如:条件反射受到抑制,神经末梢受损,震动觉、痛觉功能减退,对环境温度变化的适应能力降低;车辆的震动使手掌多汗,指甲松脆;震动过强时,驾驶员会感到手臂疲劳、麻木、握力下降。长此下去,会使肌肉痉挛、萎缩,引起关节的病变,出现脱钙、局部骨质增长或变形性关节炎。强烈的震动和伴随的噪音长期刺激人体,会使植物神经功能紊乱,出现恶心、呕吐、失眠和眩晕等症状,女驾驶员还会出现月经失调、痛经、流产、子宫脱垂等病症。噪声的危害应引起我们高度的重视。

2.噪声的产生机理

车辆噪声主要是发动机噪声，按其产生的机理可以分为结构振动噪声和空气动力噪声。

2.1空气动力噪声

凡是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称为空气动力噪声，它包括进气噪声、排气噪声、风扇噪声。进气噪声的主要成分通常包括：周期性压力脉动噪声、涡流噪声、气缸的亥姆霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声；排气噪声是汽车及其发动机中能量最大的最主要的噪声源，它的噪声往往比发动机整机噪声高10~15dB(A)，因此降低排气噪声是主要的；风扇噪声在空气动力噪声中，一般小于进、排气噪声，特别是近几年来，一些车辆装设车内空调系统及排气净化装置等原因，使发动机罩内温度上升，风扇负荷加大，噪声变得更加严重。

2.2结构振动噪声

发动机的每一个零件在激振力的作用下发生振动而辐射的噪声，根据激振力的不同可以分为燃烧噪声、机械噪声、液体动力噪声三类。燃烧噪声是指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声；机械噪声是发动机的零部件作往复的运动和旋转运动产生的周期力、冲击力和撞击力对发动机结构激振产生的噪声；液体动力噪声是发动机中液体流动产生的力对发动机结构激振产生的噪声。此外，由于机械撞击、摩擦和机械载荷的作用，车内装备的运动部件也会产生振动和车内噪声。

综上所述，噪声源是由多方面引起的，它与车身结构的固有频率、振型、阻尼等模态参数有着密切的关系。

3.噪声的控制措施

在汽车发动机中,柴油机的燃烧噪声在总噪声中占有很大比例。目前所研究的降噪措施主要有:

(1)采用隔热活塞以提高燃烧室壁温度,缩短滞燃期,降低空间雾化燃油系统的直喷式柴油机的燃烧噪声。如尼莫尼克镍基合金是一种导热系数较低的材料,用它制成活塞可使顶部凹坑燃烧室温度升高,在1500R/min 时温度可升高100~200℃,噪声降低2~4DB 。

(2)废气再循环。将发动机排出的废气部分通过进气管送回气缸,其初衷是降低

X NO 排放,

但客观上,这样做提高了进气温度和燃烧室壁温度,有降低噪声的作用。

(3)采用双弹簧喷油阀实现预喷。即将原本打算一个循环一次喷完的燃油分两次喷。第一次先喷入其中的小部分,提前在主喷之前就开始进行点燃的预反应,如此可减少滞燃期内积聚的可点燃油量。

(4)采用增压技术,柴油机增压后,进入气缸的空气充量密度、温度和压力增加,从而改善了混合气的着火条件,使着火延迟期缩短。

(5)燃烧室的选择和设计。燃烧室的型式和尺寸及燃烧系统的设计对燃烧噪声的大小产生影响。

(6)减小供油提前角。供油提前角不同,导致在着火延迟期内喷入的燃料量不同,从而对燃烧过程产生影响,使发动机功率,油耗和排放物、噪声发动变化。

3.1降低活塞敲击噪声

降低活塞敲击噪声的措施有:第一,采取活塞销孔偏置,即将活塞销孔适当地朝主推力面偏移1~2mm 。一般发动机活塞的销孔轴线与活塞的中心线垂直相交,当活塞在上止点改变运动时,由于侧压力瞬间换向,使活塞与缸壁的接触面突然由一侧平移至另一侧,便产生活塞对气缸壁的“拍击”现象,增加了发动机的噪声。因此,高速发动机将活塞销孔朝主推力面偏移1~2mm 。第二,采用在活塞裙部开横向隔热槽。第三,其它措施。如增加缸套的刚度,不仅可以降低活塞的敲击声,也可以降低因活塞与缸壁摩擦而产生的噪声。

3.2发动机汽缸排列的影响

第一,直列式发动机:最常见的直列4缸发动机(L4)拥有结构简单,质量轻,动力输出充沛的优点,但其运转震动与噪音会比V型发动机明显。第二,V型发动机:能克制运转震动与获得更为平均的动力冲程,能利用活塞往复运转所产生的惯性相互抵消作用力,使发动机振动降至最低。第三,W发动机:发动机科技中的尖端技术,如两支反向平衡轴、可变进气歧管、可变气门正时等,使其功率输出不但大幅超越同级的V型发动机,而且运转平稳、噪声低。

3.3主动控制

上面介绍的降噪措施属于被动控制，用被动方法降低噪声往往受到技术和经济的限制。随着微电子学的发展，人们采用主动控制降噪ANC（ActiveNoise Control）。主动噪声控制是利用声波干涉原理，采用次级声源产生一个与原噪声源幅值相同、相位相反的声波，两列声波在空间叠加达到消声的目的，ANC技术已经成功应用在管道系统、火车操纵室等领域。这种控制的实现主要靠自适应滤波器、自适应算法，自适应算法决定了降噪的效果；另外一种方法是将智能元件嵌入车身结构中，传感器感受车身振动，产生信号并反馈给电子控制单元（ECU），经相应的控制算法处理后生产相应的控制信号经过功率放大后，驱动驱动器使车身结构产生应变改变结构的动态阻尼，实现对振动的主动控制。主动降噪效果远比传统的方案好得多，而且整车质量减轻、性能更好。

4.总结

车辆噪声的危害之大，故采取相应的控制措施就显得十分重要。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。

降低汽车噪声是未来汽车科技的一个重要课题。汽车噪声的治理应走全方位综合治理之路。首先,要发挥各级政府的行政职能,不断完善噪声法规,为治理汽车噪声提供强有力的法律保证和持久的推动力;其次,科技是治理汽车噪声的根本途径,各汽车厂商应遵循法规要求,调动一切科技手段,积极应用消声新技术,不断促进汽车部件和总体的低噪声化。

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