噪声污染和大气污染、水污染，并称为当今世界的三大污染，随着城市中汽车保有量的增多，车辆噪声对人们生活的影响越来越大。据有关资料表明，城市噪声的75%来源于交通噪声，而交通噪声主要是汽车噪声。它对人们的生活、工作和健康越来越大。所以汽车噪声的控制，已经成为汽车企业的重要关注点了。

 

一、汽车噪声的种类

 

汽车噪声产生的主要因素是空气动力、机械摩擦和电磁能量。从结构上分，汽车噪声分为发动机噪声、底盘噪声、车身噪声，具体说来，汽车噪声源主要有以下几方面：

 1.发动机噪声

 

发动机噪声可分为燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声，随机型、转速、负荷及运行情况等的不同而有差异。

 

1）燃烧噪声

 

四冲程发动机工作循环由进气、压缩、做功和排气四个行程构成，从点火开始到燃烧结束期间是燃烧噪声的主要产生期，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。一般来说柴油机缸内压力较高，且压力增长率最大值远高于汽油机，所以柴油机的燃烧噪声远高于汽油机。

 

2）机械噪声

 

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称为机械噪声。它与激发力的大小、运动件的结构等因素有关，主要包括活塞敲缸响、齿轮传动响、配气机构撞击响等类型。具体分类见下表。  

3）空气动力噪声

 

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称为空气动力噪声。在发动机中，它包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。其中，排气噪声是发动机中能量最大最主要的噪声源，它的噪声往往比发动机整机噪声高出10dB(A)～15dB(A)。进气噪声次之，发动机工作时，高速气流经空气滤清器、进气管、气门进入气缸，在气流流动过程中会产生一种强烈的空气动力噪声，它有时比发动机整机噪声高出5dB(A)左右。风扇噪声是发动机中不可忽视的噪声源，主要由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声是发动机高速旋转时的噪声，风扇的转速越高，直径越大，风扇的扇风量就越大，其噪声也越高；涡流噪声是由于风扇旋转时使周围的空气产生涡流，这些涡流又因粘滞力的作用分裂成一系列独立的小涡流，这些涡流和涡流的分裂会使空气发生扰动，形成压力波动，从而激发出的噪声，涡流噪声一般是宽频带噪声。

 

2.底盘噪声

 

底盘噪声主要包括排气系统噪声、传动系统噪声和制动系统噪声。

 

1）排气系统噪声

 

是底盘的主要噪声源，发动机燃烧所产生的高温高压废气在排气管中呈脉动形式急剧流动，就产生了强烈的排气噪声。主要由排气压力脉动声、气流流过气门和气门座等处产生的涡流声、边界气流扰动产生的噪声、排气口喷流噪声等组成。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10~15dB排气噪声按产生的原因分为三种：

 

A、门开启时产生的周期性排气噪声；

 

B、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。

 

C、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。

 

2）传动系噪声

 

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变为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和印迹的调整。

 

3）轮胎噪音

 

轮胎噪声是汽车的另一个重要的噪声源，轮胎噪音是由轮胎与路面摩擦所引起的，通常由三部分组成：

 

A、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；

 

B、胎体和花纹部分震动引起的轮胎震动噪音；

 

C、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。

 

D、轮胎在前进和旋转时搅动周围空气而产生空气振动声，这称为风噪声；

 

E、在车辆低速行驶时，轮胎的风噪声可以忽略。

 

3.车身噪声

 

这类噪声主要包括车身的振动和空气与车身的冲击与摩擦而产生的噪声，以及空调机或暖风装置工作而产生的噪声。

 

随着最高车速的不断提高，车身板件振动噪声问题日益突出，这是一种由车身壁板结构振动所引起的噪声，在车厢空间建立声场并与车身结构振动相耦合，其噪声能量主要在低频区，给人的感受是一种类似于“轰隆声”，造成车内乘员强烈的不舒适感。

 

二、汽车噪声的传播途径

 

1.发动机噪声传入途径

2.路面行驶噪声传入途径

3.挡风玻璃噪声传入途径

4.HVAC噪声传入途径

三、噪声控制要求及评价指标

 

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。

 

1.噪声控制要求

 

近些年来，世界各国普遍提高了对汽车噪声的控制标准，尤其是发达国家对汽车噪声非常重视。欧共体、日本、美国等从七十年代起，每六年左右就修订一次相关法规和标准，使汽车噪声限值有了大幅度降低。我国发布了《GB1495-79机动车辆允许噪声》、《GB1496-79机动车辆噪声测量方法》和《GB1495-2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》，并作为强制标准加以实施。

2.噪声评价

 

噪声评价指标主要是指车内、外的噪声值和振动适应性，评价方法可分为主观评价和客观评价。

 

1）主观评价是顾客对车内外噪声振动的直观感觉，是声品质的真实反映，通常根据不同的条件，可采用简单排序法、等级评分法、成对比较法和语义区分法进行主观评价。

 

2）客观评价是使用通过分析和测量的方法得到噪声和振动的参数来评价其大小和好坏。我们可以采用PCNM加速行驶车外噪声测量装置的测量试验进行分析，而对于汽车的系统和部件，通常采用有限元法和边界元法建立数学模型来进行分析计算，方法相对成熟。

 

四、汽车噪声控制方法

1.传统的噪声控制方法

 

早期的车内噪声控制途径主要有减弱声源强度、隔绝传播途径和吸声处理三个方面。

 

1）声源降噪

 

识别并降低声源噪声是噪声控制中最根本、最有效、最直接的途径。为了降低声源噪声，首先必须识别出噪声源，弄清声源产生噪声的机理和规律，然后改进设计，降低产生噪声的激振力，降低发声部件对激振力的响应，从而达到根治噪声的目的。

 

2）隔断传播途径降噪

 

当对噪声源难以进行控制时，我们就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。又称无源噪声控制。

 

A、吸声降噪

 

在噪声源周围的有限空间内布置一些具有吸声作用的材料，就会减少噪声能量的反射，使混响声部分大大降低，从而达到降噪的目的这，种方法叫做吸声法。

 

工程上具有吸声作用并有工程应用价值的材料大多为多孔性吸声材料，而穿孔板等具有吸声作用的材料，通常被归为吸声结构。

 

多孔吸声材料种类很多，按成型形状可分为制品类和砂浆类；按照材料可以分为玻璃棉、岩棉、矿棉等；按多孔性形成机理及结构状况又可分为三种：纤维状、颗粒状和泡沫塑料等。在吸声材料内部有大量微小的连通的孔隙，声波沿着这些材料孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化成热能。

 

吸声结构的作用原理，多是利用赫姆霍兹共振原理。这类吸声类似于暖水瓶的声共振：当声波射入赫姆霍兹共振吸声器时，容器内口的空气受到激励，将产生振动，容器内的介质将产生压缩或膨胀变形，以此来消耗声能。当赫姆霍兹共振吸声器达到共振时，振动速度达到最大，对噪声的吸收也达到最大。

 

工程中常用的吸声结构有空气层吸声结构、薄膜共振吸声结构和薄板共振吸声结构、穿孔板吸声结构、微穿孔吸声结构、吸声尖劈等，其中最简单的吸声结构就是吸声材料后留空气层的吸声结构。吸声材料和吸声结构在汽车上主要应用于发动机和车内降噪。在发动机壳体上，我们通常使用吸声材料来吸收和降低声辐射，一般是以玻璃纤维、泡沫、毛毡类为基体的材料，用非织物进行表面处理，背后设计成空气层结构。而在汽车室内，全部内饰都装有吸声材料，这样的设计有效的降低了车内噪声，例如在汽车顶棚采用吸声处理，可在乘员耳朵的位置处降低2dB以上的噪声。

 

B、隔声降噪

 

隔声降噪的原理是：当声波在传播途径中，遇到匀质屏障物（如木版、金属板、墙体等）时，部分声能被屏障物反射回去，一部分被屏障物吸收，只有一部分声能可以透过屏障物辐射到另一空间去，透射声能仅是入射声能的一部分。

 

反射与吸收降低了噪声的传播。隔声构件隔声量的大小与其材料、结构和声波的频率有关。常见的隔声结构有单层壁和双层壁两种。最简单的隔声结构是单层均匀密实壁，如钢板、铅板、砖墙、钢筋混凝土墙等。试验发现，单层壁的隔声量与壁的单位面积质量有密切关系。单位面积质量越大，其隔声量越高，同样厚度的钢板比铝板隔声效果好，同样材料的厚度大的隔声效果好，这个规律称为隔声的质量定律。双层壁就是在双列平行的单层壁之间留有一定尺寸的空气层。一般情况下，由于空气层的存在提高了隔声效果，双层壁比单层匀质壁隔声量大5~10dBA；如果隔声量相同，双层壁的总重比单层壁减少2/3左右。在汽车上，隔声降噪主要应用于发动机。发动机罩就是一种典型的隔声罩，它将噪声辐射强烈的发动机遮蔽起来，减少噪声的透射。汽车驾驶室和客车车厢也都属于隔声室类的隔声装置；在高速公路两旁采用声屏障来抑制交通噪声对两旁居民的干扰，也是采用了这种原理。

 

C、阻尼降噪

 

汽车的壳体及机器的护壁、外罩、通风管道等都是金属薄板制成的，当汽车行驶或机器运转时，这些金属薄板受激励而振动时，往往辐射噪声，是很严重的噪声源。对于这类金属薄板振动辐射的噪声，我们常采用阻尼降噪技术。在机械物理学中，阻尼是指系统耗散能量的能力。阻尼降噪技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、工艺、设计等各项技术发挥阻尼在减振方面的潜力，以提高机械结构的抗振性、降低机械产品的振动、减少因机械振动所产生的声辐射，降低机械噪声。噪声控制中多采用的阻尼材料为泡沫多孔材料和减振降噪的复合型材料。

 

D、减震降噪

 

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。防止发动机、传动系、悬架及轮胎的振动传人车内；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，防止车身自身振动。

 

2.噪声主动控制

 

与传统降噪措施相比，噪声主动控制突出优势在于低频噪声控制效果好，它还具有对原系统的附加质量小和占用空间小等特点。主动噪声控制通常是利用声波干涉的原理进行以声消声的控制。当两个声波在叠加点处振动的方向一致、频率相同及相位差恒定时，它们会发生干涉现象，引起声波能量在空间的重新分配，此时利用人为的声源（次级声源），使其产生的声场与原噪声源（初级声源）产生的声场发生相干性叠加，产生“静区”，从而达到降低噪声的目的。

3.汽车NVH试验技术 

 

汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness）指的是噪声、振动与舒适性，其观点是，汽车是一个由激励源（发动机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系统和边接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统。NVH试验技术是以整车作为研究对象，从噪声、振动与舒适性的角度分析车内外噪声的产生机理，通过驾驶员或成员的感受来寻找噪声振动的激励源，再对激励源产生噪声及振动的机理和传播途径进行分析研究，找到降噪减振的方法，来达到降低车内外噪声、提高汽车乘坐舒适性的目的。

 

NVH试验主要根据设定的汽车NVH目标值，建立数学模型，进行整车仿真分析。因为汽车系统极为复杂，常将整车分解成多个子系统进行研究，如底盘子系统、车身子系统等；也可以研究某个激励源产生的或某种工况下的NVH特性。通过曲线、图表的形式，或者借助于虚拟现实环境，邀请技术人员、专家及用户来感受，来提供分析结果，从而针对某种车型进行主观、客观评价和改进设计方案。 

 

由于噪声控制复杂，目前该领域内存在着大量的技术和应用空白，各位汽车工程师任重而道远。