摘 要：為了降減汽車噪聲危害需提高聲品質(zhì)，應(yīng)分析減振、隔聲、吸聲材料和消聲器技術(shù)性能，要做車身氣密和輪胎噪聲試驗(yàn)，以消除共振和共鳴峰值噪聲；消聲室數(shù)采發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲和定位噪聲源，測(cè)量聲源聲級(jí)、響度、波長(zhǎng)和頻率，噪聲經(jīng)頻譜分析濾掉刺耳聲頻，不同相位、波長(zhǎng)和功率噪聲匹配傳出低聲級(jí)悅耳聲音，提高汽車NVH性能和人類安全工作效率。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2015)08-33-03

作者簡(jiǎn)介：魏兆平, 高級(jí)工程師，就職于中國(guó)汽車技術(shù)研究中心。

A Study On Technology Of Vehicle Sound Quality

Wei Zhaoping

( Aotomotive Testing Research Institute Of China Aotomotive Technology & Research Center, Tianjin 300300 )

Abstract: In order to decrease hazard of vehicle noise which needs improving sound quality, we should analyze technical performance of materials of vibration reduction and sound insulation and sound absorption and silencer, we need making a test of vehicle body airtight and tire noise,to eliminate sympathetic vibration and the resonance peak noise; through data collectin system aquiring vibration noise of engine and positioning noise source in anechoic chamber, measuring noise level and loudness and wave length and frequency for sound source,noiser will be analyzed by frequency spectrum and filtrated ear-piercing audio frequency, noiser of different phase and wave length and power should be matched up to emit low sound level and musical sound, to improve vehicles performance of Noise Vibration and Harshness and mankind safe working efficiency.

Keywords: Resonance noise; Material of sound absorption and silencer; Anechoic chamber; Technology of sound quality; Loudness of sound source

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)08-33-03

引言

隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)、一帶一路科技建設(shè)持續(xù)健康發(fā)展和智能交通進(jìn)步，我國(guó)步入了汽車社會(huì)，近期汽車保有量有所增加；汽車噪聲影響著人們聽力、注意力、學(xué)習(xí)、休息和工作安全，為了提高環(huán)境和生活質(zhì)量，人們對(duì)汽車聲品質(zhì)期盼和要求也越來(lái)越高，要控制振動(dòng)和分析環(huán)保噪聲技術(shù)法規(guī)，降低汽車加速和車內(nèi)噪聲排放，頻譜分析輻射噪聲的頻率和波長(zhǎng)，噪聲經(jīng)調(diào)頻調(diào)幅變低和抑揚(yáng)頓挫，提高了安全工作效率；因此，研發(fā)低噪高聲品汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)和降低成本需建聲學(xué)半消聲NVH實(shí)驗(yàn)室，研究分析發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系、懸架減振器、輪胎、吸聲、隔聲、消聲材料和消聲器技術(shù)性能，確定最大聲源、聲級(jí)位置及噪聲傳遞路徑，數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)汽車不同系統(tǒng)、總成和位置A計(jì)權(quán)噪聲級(jí)，采用小波分析法有的放矢、快速治理脈沖噪聲污染；設(shè)計(jì)有源聲源聲音頻率和波長(zhǎng)，兩種或多種相位相反聲波匹配波峰變小、聲強(qiáng)變?nèi)?、聲?jí)變小且聲頻在人耳愛聽范圍的滿足聲品質(zhì)要求；隨著高速和高等級(jí)低噪公路里程增加，新能源電動(dòng)汽車的使用，為了提高安全和舒適性，需降低和減少汽車無(wú)用及有害噪聲，利用電喇叭、倒車蜂鳴器和專用汽車警報(bào)器等有用聲音，以保障人類健康和緩解緊張及疲勞，汽車媒體播放器要防電磁干擾，接收的聲頻和視頻信號(hào)應(yīng)更清晰。

1、汽車聲源

汽車噪聲主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系、懸架、輪胎、車身、風(fēng)扇、氣泵、氣流、空調(diào)、關(guān)門和制動(dòng)運(yùn)動(dòng)噪聲等幾部分組成；怠速、低速加速和勻速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲占主要成分，車速大于50km/h行駛時(shí)輪胎、風(fēng)扇和氣流噪聲占主要成分，要降減排氣噪聲、輪胎振動(dòng)、泵氣和風(fēng)鳴噪聲，另外還要分辨車外和車內(nèi)噪聲影響因子，立法制定各總成降噪技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和限值并形成規(guī)范性引用文件以提高汽車聲學(xué) [1]性能，減少噪聲對(duì)生態(tài)環(huán)境污染。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲由懸置、燃燒、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、氣泵、風(fēng)扇、發(fā)電機(jī)、進(jìn)氣和排氣噪聲組成；發(fā)動(dòng)機(jī)性能與選用高熱值燃料標(biāo)號(hào)、品質(zhì)匹配才能勻質(zhì)充分燃燒，消滅爆震并降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，采用優(yōu)秀減振材料和位置，減小發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、懸置振幅和共振；發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡技術(shù)性能優(yōu)秀，以消減多余風(fēng)扇噪聲，空調(diào)制冷量要符合標(biāo)準(zhǔn)要求以控制壓縮機(jī)噪聲和熱污染；發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率要與消聲器和催化轉(zhuǎn)化器性能匹配，量身定制阻性、抗性、阻抗復(fù)合性和微穿孔板消聲器正確類型，分析發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率、轉(zhuǎn)速與噪聲關(guān)系譜圖，才能根治排氣噪聲和功率損失，配置增壓器以提高經(jīng)濟(jì)性、凈功率和扭矩并降低單位功率噪聲，科學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系并采用正確牌號(hào)潤(rùn)滑油、油壓和油溫，減少氣缸沖擊和配氣機(jī)構(gòu)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)噪聲；檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲 [2]限值，改善進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣消聲器性能，使進(jìn)氣溫度、壓力和流量最佳以減少進(jìn)氣振動(dòng)噪聲，依汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)最大用電量來(lái)配置發(fā)電機(jī)，減少電量消耗和電磁噪聲；根據(jù)這些噪聲因子份量和聲波傳遞路徑建立發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲數(shù)學(xué)模型，確定應(yīng)重點(diǎn)降噪系統(tǒng)部件并改善發(fā)動(dòng)機(jī)聲品質(zhì)。

1.2 動(dòng)力傳動(dòng)系

動(dòng)力傳動(dòng)系離合器接合柔和減小摩擦噪聲，機(jī)械變速箱和驅(qū)動(dòng)橋優(yōu)化匹配減少齒輪嚙合噪聲，軸承承載、潤(rùn)滑合理減少旋轉(zhuǎn)噪聲，有合適檔位數(shù)并安裝同步器，換擋時(shí)無(wú)齒輪沖擊聲，控制彈性懸置振動(dòng)和傳動(dòng)軸動(dòng)不平衡旋轉(zhuǎn)噪聲；自動(dòng)變速箱液力變矩器產(chǎn)生的渦流噪聲，采用符合標(biāo)準(zhǔn)要求牌號(hào)齒輪油、油量和油溫來(lái)降低齒輪噪聲，齒輪齒面要耐磨、耐沖擊和有一定強(qiáng)度，主被動(dòng)齒輪接合高度和間隙公差符合技術(shù)要求以提高傳動(dòng)扭矩及效率；根據(jù)行駛工況選擇正確檔位，滿足動(dòng)力性時(shí)還節(jié)能降噪。

1.3 懸架和輪胎

設(shè)計(jì)或選擇正確懸架類型，計(jì)算懸架剛度和阻尼系數(shù)，用傳感器測(cè)量懸架固有振動(dòng)位移、頻率，整車各懸架性能要協(xié)調(diào)；懸架同車身或底盤彈性連接以減少機(jī)械沖擊噪聲，懸架、減振器、緩沖塊、輪胎剛度和阻尼系數(shù)要匹配，避免共振發(fā)生，提高汽車平順性可降低振動(dòng)噪聲和緩解駕乘人員疲勞；依據(jù)路面譜功率密度函數(shù)選擇懸架剛度和阻尼參數(shù)，分析懸架振動(dòng)位移、速度和加速度，依汽車最高車速、負(fù)荷指數(shù)和氣候情況選擇輪胎型號(hào)，使用正確輪胎類型、固有頻率及低噪花紋、配置TPMS系統(tǒng)并填充正確輪胎氣壓，分析輪胎受力和力矩，減少車輪輪胎動(dòng)不平衡沖擊噪聲和輪胎泵氣非穩(wěn)態(tài)噪聲，彈性輪胎要有一定徑向、縱向和橫向剛度，研究環(huán)保子午線輪胎噪聲與行駛速度成正比關(guān)系曲線，使用Zwicker響度計(jì)算方法客觀評(píng)價(jià)輪胎噪聲，減小直接和間接噪聲，小型備胎使用噪聲要符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)低噪高品質(zhì)輪胎；獨(dú)立懸架與輪胎類型彈性力學(xué)參數(shù)匹配能減少振動(dòng)激勵(lì)，提高汽車舒適性和操穩(wěn)安全性。

1.4 車身和制動(dòng)

車身有氣密性、減振、隔聲和傳熱系數(shù)要求，車身結(jié)構(gòu)類型、剛度和強(qiáng)度合理，輕量化隔聲設(shè)計(jì)對(duì)降低振動(dòng)和車內(nèi)噪聲很重要；車身與（空氣）懸架用減振器連接，振幅和固有圓頻率經(jīng)倍頻程濾波器濾波變的更柔順，沖擊噪聲消失，防治車身門蓋鎖止不緊摩擦、車內(nèi)振動(dòng)及關(guān)門噪聲，提高車身密封性和隔聲性能，降低高速行駛車內(nèi)風(fēng)鳴和振動(dòng)噪聲；車輪制動(dòng)器溫度升高或淋濕，摩擦副摩擦系數(shù)變化，制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)尖叫聲，也加劇了異常磨損和污染，提高制動(dòng)器摩擦材料技術(shù)性能和熱衰退效能，安裝ABS減少車輪制動(dòng)抱死、輪胎滑移磨損和制動(dòng)器異常摩擦噪聲；電動(dòng)汽車增裝電力再生式制動(dòng)系可實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降低電磁噪聲。

2、聲源定位

消聲室臺(tái)架和精密聲級(jí)計(jì)測(cè)量車型各系統(tǒng)、總成的最大噪聲響度及倍頻程頻率，確定最大噪聲源位置和分析發(fā)聲機(jī)理，繪制聲場(chǎng)聲源聲級(jí)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和噪聲位置關(guān)系曲線圖，采取有效減振、潤(rùn)滑、消聲方法和彈性耐磨部件，提高科技水平和積累經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)噪聲數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)；實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓上模擬或再現(xiàn)汽車不同行駛工況的車外和車內(nèi)噪聲，分析噪聲、車速和檔位關(guān)系曲線圖；研究聲源聲波波形、響度、傳遞方向和能量衰減規(guī)律，降低最大和次大聲源噪聲聲級(jí)，改變不同聲源聲波相位消滅共振噪聲公害，不愛聽的噪聲經(jīng)改良變成人們能接受的小聲音；為開展聲品質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)聲學(xué)汽車做好技術(shù)儲(chǔ)備和數(shù)據(jù)積累。

3、振動(dòng)噪聲控制

振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生的原因，分為機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力學(xué)噪聲和電磁噪聲；用減振阻尼材料、隔聲和吸聲材料可抑制振動(dòng)噪聲、屏蔽噪聲輻射污染，科學(xué)設(shè)計(jì)汽車懸架、減振器和輪胎剛度及阻尼系數(shù)，建立懸架系統(tǒng)振動(dòng)方程，掌握振動(dòng)規(guī)律，減小振動(dòng)位移、速度和加速度能有效降低機(jī)械振動(dòng)噪聲，改良振動(dòng)激勵(lì)源波形、固有圓頻率和聲品質(zhì)；修建低噪高等級(jí)路面以減少振動(dòng)和噪聲，車內(nèi)噪聲是由機(jī)械振動(dòng)噪聲通過(guò)固體傳至車內(nèi)的間接噪聲，提高車身隔聲性和密封性可降低氣流噪聲、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和環(huán)境噪聲傳至車內(nèi)，車外噪聲是由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系、風(fēng)扇、動(dòng)力傳動(dòng)系和輪胎等噪聲通過(guò)空氣傳播的直接噪聲，考慮環(huán)境、車況、隔吸聲和消聲材料等性能，治理噪聲回音；減少車外噪聲是在保證動(dòng)力性情況下，降低發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，采用高效和低功耗消聲器，發(fā)動(dòng)機(jī)艙安裝優(yōu)秀隔吸聲材料，采用低噪輪胎；減降車內(nèi)噪聲要裝隔吸聲內(nèi)飾材料和消減振動(dòng)；輪胎振動(dòng)固有頻率和車身振動(dòng)頻率要兼容，減少不同聲源激勵(lì)源振幅，防止聲學(xué)共振及共鳴噪聲發(fā)生，車身結(jié)構(gòu)要防振并有隔吸聲性；新能源純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系簡(jiǎn)單且機(jī)械振動(dòng)源少，能有效消減車內(nèi)外環(huán)境噪聲和提高聲品質(zhì)技術(shù)性能，消減驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制系統(tǒng)等產(chǎn)生的電磁噪聲；NVH高級(jí)工程師分析不同聲源、頻率噪聲級(jí)對(duì)環(huán)境、工作、消化系統(tǒng)、聲覺、休息和安全影響系數(shù)，快速找到控制振動(dòng)噪聲的技術(shù)方案，發(fā)明消降振動(dòng)噪聲的新材料部件。

4、提高聲品質(zhì)技術(shù)方法

汽車聲品質(zhì)是滿足人和環(huán)境要求下，尋求符合汽車特性的產(chǎn)品聲音，屬NVH范疇；聲學(xué)領(lǐng)域技術(shù)精英設(shè)計(jì)聲學(xué)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)，降低汽車中乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率及噪聲能量；半消聲室內(nèi)，理論與實(shí)踐結(jié)合研究發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)系內(nèi)每個(gè)聲源的聲級(jí)、響度、頻率和波長(zhǎng)，繪制聲源噪聲等響度曲線圖，編制提高汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)聲品質(zhì)技術(shù)方法，用聲全息技術(shù)確定運(yùn)動(dòng)汽車各聲源位置，用有限元法、邊界元法和統(tǒng)計(jì)能量法對(duì)消聲器噪聲傳遞損失進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試，提高金屬件機(jī)械性能、加工精度和潤(rùn)滑性能，減少滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦副的摩擦系數(shù)，減少吸氣、風(fēng)扇、摩擦、燃燒、齒輪和電磁噪聲，設(shè)計(jì)新型不共振減振裝置，用隔吸聲材料阻止聲波穿過(guò)、衰減聲波能量或改變聲波波長(zhǎng)及傳播方向，聲音經(jīng)反射、折射或衍射響度衰減，傳至車內(nèi)1/3倍頻程總噪聲聲壓級(jí)經(jīng)頻譜分析，濾波器濾掉高頻和不需要的低頻音調(diào)，音色變的圓潤(rùn)，聲音更小音質(zhì)也更柔和；積分、精密聲級(jí)計(jì)經(jīng)校準(zhǔn)器校準(zhǔn)和計(jì)量檢定，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量不確定度；提高滿足吸聲系數(shù)、路面結(jié)構(gòu)和孔隙率要求噪聲試驗(yàn)跑道 [3]寬度、長(zhǎng)度、耐磨層厚度和質(zhì)量，保證輪胎橡膠彈性并防止老化以減少輪胎噪聲，降低空氣阻力系數(shù)減少氣動(dòng)噪聲；按汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法 [4]技術(shù)法規(guī)，測(cè)量汽車加速噪聲倍頻程聲壓級(jí)和目標(biāo)加速度，降低背景噪聲和風(fēng)速以控制二次校正誤差，以犧牲汽車動(dòng)力性和發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率來(lái)降低排氣噪聲是得不嘗失的，編制不同車型類別噪聲譜，經(jīng)頻譜、響度和音階分析，加速噪聲經(jīng)改良變低和有節(jié)奏，按聲學(xué)汽車車內(nèi)噪聲測(cè)量方法 [5]技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)車內(nèi)聲壓級(jí)，高級(jí)聲學(xué)技術(shù)工程師與企業(yè)NVH工程工程師在理論實(shí)踐基礎(chǔ)上技術(shù)協(xié)作和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，探索新減振降噪措施和聲品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)，設(shè)計(jì)有源聲源抵消和改良噪聲源聲級(jí)及頻率，車內(nèi)聲信號(hào)經(jīng)整理和弦增加也變清晰和宛轉(zhuǎn)悠揚(yáng)，改善了車內(nèi)聲品質(zhì)；提高汽車聲品質(zhì)技術(shù)能保障人們身體健康、精神飽滿和運(yùn)輸物資不受損，保證安全科研工作和學(xué)習(xí)高效率，降低精密儀器設(shè)備損壞率，控制汽車保有量、交通噪聲聲級(jí)、波長(zhǎng)和頻率，提升交通噪聲聲品質(zhì)，減少汽車噪聲源數(shù)量和噪聲污染引起事故損失。

5、結(jié)論

本文理論分析了汽車系統(tǒng)、總成和部件噪聲源的發(fā)聲機(jī)理，半消聲室內(nèi)測(cè)量并分析其聲壓級(jí)、響度、頻率、波長(zhǎng)和振幅，利用最大聲源定位法確定應(yīng)降噪位置，設(shè)計(jì)高效低噪發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架、輪胎、消聲器、跑道和隔吸聲材料，消滅聲學(xué)共振及共鳴噪聲公害；對(duì)捕獲噪聲聲壓級(jí)倍頻程頻率頻譜和濾波分析，剔除噪雜脈沖和尖銳噪聲，宣傳汽車聲品質(zhì)理論知識(shí)，保障人類和生態(tài)環(huán)境健康及安全工作高效率。