汽车室内噪声分析及控制研究
目 录
1 引言1
1.1 研究背景及意义1
1.2 研究现状1
1.3 发展趋势1
2 汽车室内噪声产生理论2
2.1 汽车室内噪声产生机理2
2.2 车内噪声来源3
3 噪声评价与控制标准5
3.1 噪声评价与控制标准5
3.2 其它相关标准6
4 汽车室内噪声控制技术7
4.1 被动控制技术7
4.2 主动控制技术12
4.3 NVH技术标准13
5 噪声控制改进方案14
5.1 整车系统中的改进方案15
5.2 汽车室内噪声控制的发展16
结论 18
致谢 19
参考文献20
1 引言
1．1 研究背景及意义
随着汽车工业高速的发展，不仅给世界带来了方便，但同时也带来了环境噪声污染等引起社会高度关注的问题。经科学研究和长期实践证明,在噪声环境中驾驶，会使人的工作效率下降，心情浮躁，容易出现失误。由于噪声的影响,会导致驾驶员神经系统功能下降从而影响驾驶的安全性。长期受到噪声的影响，会使人的睡眠质量下降，使人产生失眠、多梦等疾病。可以想象在舒适的环境中和带有噪声的环境下车内人员的心情和状态会有很大不同。强烈的震动和随之伴随的噪音长期刺激人体,会使人体神经功能紊乱,出现恶心、呕吐、失眠和眩晕等症状,噪声的危害应引起我们高度的重视。汽车噪声控制日益引起人们的关注，尤其是近几年来，作为汽车乘坐舒适性的重要指标，汽车噪声也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 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
衡量汽车质量的重要标志之一。
1．2 研究现状
近些年来，随着人们对汽车乘坐舒适性要求和意识越来越强,各国对汽车噪声的要求也越来越严格。改善车辆内部声学环境，降低车内噪声水平成为我国乃至世界亟待解决的主要问题之一。轿车行驶会发生噪声，这些噪声会随着车速的增加而增大，针对噪声的声源而采取对应的防范措施，是控制汽车室内噪声的内容之一。
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。随着汽车工业的快速发展和高智能车辆的与日俱增，车辆噪声控制问题的研究也就越来越复杂。主要体现在噪声控制方向的不确定性、广泛性。需要指出的是,由车身外壳结构振动产生的噪声传递到车内空间并与车身结构振动相耦合,其噪声能量主要集中在低频区域。对于这类噪声,主要在20～200Hz的频段内,给人带来的是一种所谓的“轰鸣声”,即通常所说的“Booming”,造成车内人员强烈的不适感。由于在如此低的频段内,常规的吸声降噪措施几乎无效。目前,主动消声技术尚不成熟,实施起来也不方便。事实上,对Booming 的控制仍是目前世界性的难题。
1．3 发展趋势
当前,整车开发已不在是单纯的结构设计和机构的实现，整合匹配出满足法规和标准要求或最优的整车系统性能，已成为整车开发的核心。因此, 提高车辆噪声控制水平已成为新的发展方向和竞争焦点。在此情况下,国际汽车界又制定了一项新标准，简称NVH标准。即(Noise 噪音/Vibration振动 /Harshness不平顺性) 此标准正逐渐演变为重要的设计指标。此外，可以肯定的说，汽车噪声控制水平已成为确定车辆品质的重要因素，车内低噪声设计已成为产品开发的重要任务之一，未来也必将成为决定车型开发成功与否的不可或缺的重要因素之一[1]。本文主要研究内容是通过对汽车室内噪声的具体分析，探讨有效减少和控制汽车室内噪声的有效办法。
2 汽车室内噪声产生理论
图1 汽车各噪声源
2．1 汽车室内噪声产生机理
车内噪声主要来源有：发动机噪声、进排气噪声、风扇噪声、底盘噪声等。这些声源的噪声在车身周围形成一个不均匀的声场经由空气和结构两个途径传入车内。一是通过车身壁板的孔和缝隙等直接传入车内。二是噪声声波作用于车身壁板，激发车身壁板振动引起振动噪声。由于封闭车室的隔声作用所以空气传播的噪声对室内影响并不大。封闭室内噪声主要是发动机振动和车辆各板壁振动而辐射出来的固体声所产生，其中占主要地位的是由发动机激励引起的振动噪声。
根据汽车噪声的频率可分为高频噪声、中频噪声和低频噪声。空气噪声一般属于高频噪声，可采取密封、隔音和吸音的措施加以改善。而中低频噪声一般属于结构噪声，室内噪声主要为20-250Hz的低频噪声，这类噪声和车身结构刚度模态、悬置件等相关，是噪声治理过程中较难处理的一部分。因此低频噪声是车辆内部噪声的主要成分。
2．2 车内嗓声来源
车内噪声主要来源于车室外的噪声源和振动源（如发动机、传动系统、进排气系统、悬架系统、风扇、轮胎、路面不平等），比如车身的振动和空气与车身的摩擦冲击产生的噪声，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 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
不断提高，车身壁板结构振动越来越强烈，导致车身板件振动噪声也越来越显著，这种噪声能量主要在低频区，且乘坐室空腔的共振会放大噪声。
由于车身壁板主要由金属和玻璃构成，这些材料都具有很强的声反射性能。在车门窗都关闭的情况下，上述传入车内的噪声都会在密闭空间多次反射。所以室内噪声实际是直达声与混响声叠加的结果。汽车室内噪声可用方式描述：
Ic = Ia + Is + Ir
式中，Ic 为车内噪声总声强，Ia 为传入车内的声强，Ia=It+ Id;It为车外噪声透过乘坐室壁面进入车内的声强;Id为车外噪声通过壁板上的孔、缝隙直接传入车内的声强，有时还包括仪表盘、变速器盖等直接暴露在乘坐室内的部分所辐射的噪声声强；Is为发动机和底盘传给乘坐室引起壁板振动所辐射的噪声声强；Ir为上述噪声在车内封闭空间中多次反射所形成的混响声强[2]。
2.2.1 发动机燃烧噪声
发动机噪声起源于燃烧过程和与动力学有关的机械力。包括燃烧、机械、进气、排气、冷却风扇及其他部件发出的噪声。四冲程发动机工作循环中进气、压缩、做功和排气四个行程都会产生燃烧噪声，燃烧过程中气缸内各压力不断变化，各零件相对运动引起的撞击，以及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、正时齿轮噪声。这些噪声由空气通过车身的孔、洞、缝隙传至车内或通过车身板壁透声至车内。由表1可以看出，发动机转速越高，汽车室内的噪声值越高，但是均为低频噪声。
表1 发动机转速与振动噪声频率表
各工况发动机转速（r/min) 发动机转速与振动噪声峰值频率表（Hz)
其它客车 前置发动机 驾驶区 82
（6）其他措施对汽车噪声的控制, 除了在设计上使用优化方法和选用合理的降噪零件外,还可以对噪声进行主动控制即以声消声技术。此技术就是利用电子消声系统产生与噪声相位相反的声波,从而使两者的振动相互抵消以达到降低噪声的效果。这种消声装置采用极其先进的电子元件,具有优异的消声效果,可用于降低车内噪声、发动机噪声,还可以用于主动发动机支撑系统,以抵消发动机振动噪声[11]。
1 引言1
1.1 研究背景及意义1
1.2 研究现状1
1.3 发展趋势1
2 汽车室内噪声产生理论2
2.1 汽车室内噪声产生机理2
2.2 车内噪声来源3
3 噪声评价与控制标准5
3.1 噪声评价与控制标准5
3.2 其它相关标准6
4 汽车室内噪声控制技术7
4.1 被动控制技术7
4.2 主动控制技术12
4.3 NVH技术标准13
5 噪声控制改进方案14
5.1 整车系统中的改进方案15
5.2 汽车室内噪声控制的发展16
结论 18
致谢 19
参考文献20
1 引言
1．1 研究背景及意义
随着汽车工业高速的发展，不仅给世界带来了方便，但同时也带来了环境噪声污染等引起社会高度关注的问题。经科学研究和长期实践证明,在噪声环境中驾驶，会使人的工作效率下降，心情浮躁，容易出现失误。由于噪声的影响,会导致驾驶员神经系统功能下降从而影响驾驶的安全性。长期受到噪声的影响，会使人的睡眠质量下降，使人产生失眠、多梦等疾病。可以想象在舒适的环境中和带有噪声的环境下车内人员的心情和状态会有很大不同。强烈的震动和随之伴随的噪音长期刺激人体,会使人体神经功能紊乱,出现恶心、呕吐、失眠和眩晕等症状,噪声的危害应引起我们高度的重视。汽车噪声控制日益引起人们的关注，尤其是近几年来，作为汽车乘坐舒适性的重要指标，汽车噪声也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 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
衡量汽车质量的重要标志之一。
1．2 研究现状
近些年来，随着人们对汽车乘坐舒适性要求和意识越来越强,各国对汽车噪声的要求也越来越严格。改善车辆内部声学环境，降低车内噪声水平成为我国乃至世界亟待解决的主要问题之一。轿车行驶会发生噪声，这些噪声会随着车速的增加而增大，针对噪声的声源而采取对应的防范措施，是控制汽车室内噪声的内容之一。
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。随着汽车工业的快速发展和高智能车辆的与日俱增，车辆噪声控制问题的研究也就越来越复杂。主要体现在噪声控制方向的不确定性、广泛性。需要指出的是,由车身外壳结构振动产生的噪声传递到车内空间并与车身结构振动相耦合,其噪声能量主要集中在低频区域。对于这类噪声,主要在20～200Hz的频段内,给人带来的是一种所谓的“轰鸣声”,即通常所说的“Booming”,造成车内人员强烈的不适感。由于在如此低的频段内,常规的吸声降噪措施几乎无效。目前,主动消声技术尚不成熟,实施起来也不方便。事实上,对Booming 的控制仍是目前世界性的难题。
1．3 发展趋势
当前,整车开发已不在是单纯的结构设计和机构的实现，整合匹配出满足法规和标准要求或最优的整车系统性能，已成为整车开发的核心。因此, 提高车辆噪声控制水平已成为新的发展方向和竞争焦点。在此情况下,国际汽车界又制定了一项新标准，简称NVH标准。即(Noise 噪音/Vibration振动 /Harshness不平顺性) 此标准正逐渐演变为重要的设计指标。此外，可以肯定的说，汽车噪声控制水平已成为确定车辆品质的重要因素，车内低噪声设计已成为产品开发的重要任务之一，未来也必将成为决定车型开发成功与否的不可或缺的重要因素之一[1]。本文主要研究内容是通过对汽车室内噪声的具体分析，探讨有效减少和控制汽车室内噪声的有效办法。
2 汽车室内噪声产生理论
图1 汽车各噪声源
2．1 汽车室内噪声产生机理
车内噪声主要来源有：发动机噪声、进排气噪声、风扇噪声、底盘噪声等。这些声源的噪声在车身周围形成一个不均匀的声场经由空气和结构两个途径传入车内。一是通过车身壁板的孔和缝隙等直接传入车内。二是噪声声波作用于车身壁板，激发车身壁板振动引起振动噪声。由于封闭车室的隔声作用所以空气传播的噪声对室内影响并不大。封闭室内噪声主要是发动机振动和车辆各板壁振动而辐射出来的固体声所产生，其中占主要地位的是由发动机激励引起的振动噪声。
根据汽车噪声的频率可分为高频噪声、中频噪声和低频噪声。空气噪声一般属于高频噪声，可采取密封、隔音和吸音的措施加以改善。而中低频噪声一般属于结构噪声，室内噪声主要为20-250Hz的低频噪声，这类噪声和车身结构刚度模态、悬置件等相关，是噪声治理过程中较难处理的一部分。因此低频噪声是车辆内部噪声的主要成分。
2．2 车内嗓声来源
车内噪声主要来源于车室外的噪声源和振动源（如发动机、传动系统、进排气系统、悬架系统、风扇、轮胎、路面不平等），比如车身的振动和空气与车身的摩擦冲击产生的噪声，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 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
不断提高，车身壁板结构振动越来越强烈，导致车身板件振动噪声也越来越显著，这种噪声能量主要在低频区，且乘坐室空腔的共振会放大噪声。
由于车身壁板主要由金属和玻璃构成，这些材料都具有很强的声反射性能。在车门窗都关闭的情况下，上述传入车内的噪声都会在密闭空间多次反射。所以室内噪声实际是直达声与混响声叠加的结果。汽车室内噪声可用方式描述：
Ic = Ia + Is + Ir
式中，Ic 为车内噪声总声强，Ia 为传入车内的声强，Ia=It+ Id;It为车外噪声透过乘坐室壁面进入车内的声强;Id为车外噪声通过壁板上的孔、缝隙直接传入车内的声强，有时还包括仪表盘、变速器盖等直接暴露在乘坐室内的部分所辐射的噪声声强；Is为发动机和底盘传给乘坐室引起壁板振动所辐射的噪声声强；Ir为上述噪声在车内封闭空间中多次反射所形成的混响声强[2]。
2.2.1 发动机燃烧噪声
发动机噪声起源于燃烧过程和与动力学有关的机械力。包括燃烧、机械、进气、排气、冷却风扇及其他部件发出的噪声。四冲程发动机工作循环中进气、压缩、做功和排气四个行程都会产生燃烧噪声，燃烧过程中气缸内各压力不断变化，各零件相对运动引起的撞击，以及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、正时齿轮噪声。这些噪声由空气通过车身的孔、洞、缝隙传至车内或通过车身板壁透声至车内。由表1可以看出，发动机转速越高，汽车室内的噪声值越高，但是均为低频噪声。
表1 发动机转速与振动噪声频率表
各工况发动机转速（r/min) 发动机转速与振动噪声峰值频率表（Hz)
其它客车 前置发动机 驾驶区 82
（6）其他措施对汽车噪声的控制, 除了在设计上使用优化方法和选用合理的降噪零件外,还可以对噪声进行主动控制即以声消声技术。此技术就是利用电子消声系统产生与噪声相位相反的声波,从而使两者的振动相互抵消以达到降低噪声的效果。这种消声装置采用极其先进的电子元件,具有优异的消声效果,可用于降低车内噪声、发动机噪声,还可以用于主动发动机支撑系统,以抵消发动机振动噪声[11]。
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