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1、1,主讲：胡爱军,汽车振动与噪声控制,2,第9章 车身及整车噪声,9.1车身结构噪声及其控制,9.3汽车整车噪声及控制,9.2车内噪声及控制,9.4汽车噪声有源控制,3,9.1车身结构噪声及其控制,车身结构噪声主要由两部分组成：一是车身结构振动噪声；二是空气与车身之间的冲击和摩擦噪声，即空气动力学噪声。,通常情况下，车身结构振动噪声对车身结构噪声的贡献要大于空气动力学噪声。,车身结构振动噪声的影响因素：车身结构、发动机安装方式、各种激励源特性等。,空气动力学噪声的影响因素：车身外形、车速。,4,9.1车身结构噪声及其控制,9.1.1车身结构噪声产生机理及特性,1.车身结构振动噪声,车身的各种板
2、壁和骨架结构，在发动机和路面凹凸不平的振动激励下，会产生结构振动辐射噪声。,车身结构振动噪声频率范围为20300Hz左右，其中车身骨架结构振动噪声频率为2030Hz，壁板的振动噪声频率为30300Hz。,承载式车身比非承载式车身更容易产生结构振动噪声。,2.空气动力学噪声,产生机理：空气通过车身缝隙或孔道进入车内而产生的冲击噪声；空气流过车身外凸出物而产生的涡流噪声；空气与车身的摩擦噪声。,5,9.1车身结构噪声及其控制,9.1.1车身结构噪声产生机理及特性,2.空气动力学噪声,产生机理：空气通过车身缝隙或孔道进入车内而产生的冲击噪声；空气流过车身外凸出物而产生的涡流噪声；空气与车身的摩擦噪声
3、。,车速：由于空气阻力与汽车行驶速度的平房成正比，因此，汽车高速行驶时，空气动力学噪声较大。,车身外形：空气动力学噪声因轿车、客车、货车等车型不同而有所差异。但是，无论何种汽车，如果车身外形表面制造粗糙、车身流线型差、车窗调整装配不当、窗外凸出物过多等，都会增大车身的空气动力学噪声。,6,9.1车身结构噪声及其控制,9.1.2车身结构噪声的控制,主要措施：,1.改进车身结构,设计车身时，尽量避免发动机、底盘的共振频率以及激励力频率与车身整体的固有频率一致，防止整体共振；将车身的各主要部分的固有频率错开以避免车身局部共振。提高车身支撑受力点附近的刚性，使振动减小以降低噪声。,车身的板件在外激励源
4、作用下，极易产生振动并辐射噪声，因此，它是主要控制对象。可采取以下方法抑制振动和噪声：,(1)增加板壳件的刚度：设置加强筋；,(2)增加板壳件的阻尼：加装阻尼带或粘贴阻尼材料；,(3)降低板壳件的噪声辐射效率：涂降噪吸声材料。,7,9.1车身结构噪声及其控制,9.1.2车身结构噪声的控制,主要措施：,2.减少外部振动输入,车身本身没有激励源，其激励一般来自外部。,采用弹性阻尼支撑安装固定车身，并对发动机隔振。在确定发动机安装位置和支撑刚度时，错开各部件和整体的固有频率，以避免“振动反馈”现象。,3.改进车身外形,采用流线型车身并尽量减少凸出部件。对于必须暴露在外的部件要尽可能设计成流线型，这样
5、可以减小空气涡流，减小空气与车身的撞击与摩擦。,8,9.2车内噪声及其控制,9.2.1车内噪声,汽车内部噪声不但增加驾驶人员的疲劳，而且影响车辆行驶安全。,车内噪声主要取决于乘坐室的减振隔声性能，重量轻的承载式车身结构和类似的减轻车身重量的措施被认为可能增大车内噪声，尤其是低频噪声，低频噪声频率主要为20200Hz。,车身壁板的振动和噪声有紧密关系，且乘坐室空腔的共振会放大噪声。解决方法是在车辆设计阶段，利用现代振动力学与声学分析方法，预测车内噪声特性，实现优化设计；并通过实车测试，改进设计及工艺，使得车内噪声处于最优水平，最大限度地改善车辆乘坐舒适性，减轻驾乘人员的疲劳。,9,9.2车内噪声
6、及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,1.车内噪声的产生机理及传播途径,汽车是一个含有多种声源的机器，其运行过程中出现的噪声，如图所示：,10,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,1.车内噪声的产生机理及传播途径,对车内噪声来源而言，其主要声源有：发动机噪声、进排气噪声、冷却风扇噪声及底盘噪声。,车外噪声要向车内传播，有两个途径：一是通过车身壁板上的孔、缝直接传入车内；二是车外噪声波作用于车身壁板，激发壁板振动，形成振动噪声。,振动源：一是发动机、底盘工作时产生的振动；二是路面激励产生的振动。各振动源产生的振动通过车身各支点激励车身壁板强烈振
7、动，并向车内辐射强烈的噪声，即固体传声。,11,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,1.车内噪声的产生机理及传播途径,发动机、底盘和路面作为振源均可激发出车内噪声，其传播途径可分为空气传声和固体传声。,其中经由空气传播的噪声主要是发动机表面辐射噪声和空气动力学 噪声，经固体传播的噪声主要是发动机、底盘、路面及气流引起车身振动而向车内辐射的噪声。,12,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,1.车内噪声的产生机理及传播途径,一般情况下，其中经由空气传播的噪声主要是发动机表面辐射噪声和空气动力学 噪声，经固体传播的噪声主要是发动机、
8、底盘、路面及气流引起车身振动而向车内辐射的噪声。,500Hz以上，空气声传导占主导地位，400Hz以下，固体传声占主导地位。,13,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,2.封闭车厢空腔共鸣现象,空腔共鸣：汽车车身形成一定形状的封闭空腔，所以会发生与封闭管道类似的共振现象。,用模态叠加法分析封闭空间声场。当外界振动激励频率或声激励频率等于车厢声腔固有频率时，车厢产生空腔共鸣，使得车内噪声增强。,14,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,3.车室内的风振现象,当高速行驶时打开一车窗，车室相当于一个亥姆霍兹共振腔，其共振频率为：,风
9、振：当汽车行驶时所产生的涡流与窗框相冲击所产生的压力波动频率与f0相等时，车室内就会产生空气共振，称为风振。,风振产生与汽车的外形尺寸、车窗大小、车窗开启面积、车速等因素有关。风振幅度的决定因素：车身特性、涡流与窗框冲击的强度。车速增加，冲击强度及频率上升。,15,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,4.车内轰鸣声产生机理,当汽车已某些特定的速度行驶时，或发动机以某些特定转速工作时，在乘坐室产生的很大峰值的噪声车内轰鸣声。,车内轰鸣声有如下特点：,(1)在频谱图上与其相邻的频率成分相比，具有很高的声压峰值，且频带很窄，接近于纯音；,(2)有明显的频率带宽性质，
10、一般在20200Hz内；,(3)伴随轰鸣声的出现，乘坐室产生驻波，轰鸣声频率接近乘坐室空腔固有频率。,16,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,4.车内轰鸣声产生机理,车内轰鸣声产生机理：,(1)车辆在坏路行驶时的低频轰鸣声：由于路面凹凸不平导致轮胎承受位移变形，振动通过悬架系统传入车身；,(2)低速轰鸣声：在低速区域由发动机转矩的变化而成为扭转振动的激励源，驱动系统的扭转振动、后悬架的扭曲振动通过车架传递，引起车身整体弯曲振动，最后在车内形成低速轰鸣声；,(3)中速轰鸣声：在中速区域作为激振力的发动机转矩的变化、旋转体的不平衡，使车身振动，产生轰鸣声；,(4
11、)高速轰鸣声：发动机活塞和连杆等引起的惯性力及惯性力偶矩，使车身振动，产生轰鸣声。,17,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,5.轮胎间接噪声,定义：轮胎作为直接或间接激振源，将振动传给车身并在车内产生噪声。,轮胎间接噪声分为两类：一类是以轮胎不均与为主要原因，使得轮胎本身成为激振源，产生噪声；另一类是路面凹凸不平，引起轮胎弹性振动并以车身为媒介发生车内噪声。,(1)重击噪声,车辆行驶时，以轮胎不均匀波形和不均匀波形的高次成分引起的噪声。车速4080Km/h时最明显；,(2)敲打噪声,轮胎不均匀波形的高次成分与发动机、传动系的噪声相互干涉而发生的噪声。常发生在
12、车速70110Km/h以上时，在后座能明显觉察到。,18,9.2车内噪声及其控制,9.2.2车内噪声的产生机理、特性及传播途径,5.轮胎间接噪声,(3)崎岖噪声,由轮胎不均匀波形的2次、3次成分引起的，频率在50Hz左右、压迫感强的噪声。常发生在车速100Km/h以上；,(4)道路噪声,由路面凸凹不平引发的噪声。可分为三类：,1)狭义道路噪声：砂石路和粗糙有规则的凸凹不平路面引发的噪声。,2)砖砌路噪声：铺轨道和铺石块路面引发的噪声。,3)路面接缝噪声：路面接缝处引发的冲击噪声。,19,9.2车内噪声及其控制,9.2.3车内噪声控制方法,从噪声控制原理上归纳，控制车内噪声的措施有：减弱噪声源辐
13、射强度、隔绝噪声传播途径、吸声处理、表面阻尼处理、控制乘坐室的共鸣和风振等。,1.减弱噪声源辐射强度,对发动机采用屏蔽和隔振措施，可以降低其声能和振动输入能量，达到降低车内噪声的目的。,2.隔绝噪声传播途径,1)隔振,利用具有弹性和阻尼的材料来对车身进行隔振，改善振源和车身之间的振动传递关系。,措施：在连接处加装橡胶垫或液压悬置；优化支承结构，改善隔振器性能；对车身涂防振涂料等。,20,9.2车内噪声及其控制,9.2.3车内噪声控制方法,2.隔绝噪声传播途径,2)隔声,利用隔声材料和隔声结构对乘坐室进行隔声处理，隔声的重点部位一般是前壁和前围。,隔声对高频噪声控制较为有效，对低频噪声效果较差，
14、尤其是3050Hz噪声。,为了提升隔声性能，一般采用双壁结构，并在两夹层之间充填吸声材料。,隔声重点频率范围：汽油机2004000Hz 柴油机10004000Hz,21,9.2车内噪声及其控制,9.2.3车内噪声控制方法,2.隔绝噪声传播途径,2)隔声,22,9.2车内噪声及其控制,9.2.3车内噪声控制方法,3.吸声处理,在乘坐室壁板上布置吸声材料，可以有效降低乘坐室内混响作用，降低车内噪声。,汽车上常用吸声材料分为：多孔质材料、孔板结构体、膜状材料。目前，汽车内饰材料都充分考虑了 吸声要求。,乘坐室的吸声处理，重点在顶棚结构；此外，地板和侧壁也需要作吸声处理。,在选择内饰、衬垫材料时，应尽
15、量选择本身具有吸声性能的材料，同时对隔声性能加以考虑，以实现用最少的材料、最简单的结构来控制车内噪声。,23,9.2车内噪声及其控制,9.2.3车内噪声控制方法,4.表面阻尼处理技术,阻尼降噪的方法是在发生振动的金属薄板上涂贴阻尼材料，通过抑制其振动降低噪声。原理是阻尼层减少了金属薄板弯曲振动的幅度，从而减少板的辐射噪声。,5.控制乘坐室的共鸣和风振,汽车的风振噪声，应采取防止边缘声产生等方法加以控制。具体措施是在车窗部分设置适当的覆盖物。,如果车种已定，对乘坐室的几何形状变动限制很多，难以改变固有频率。一般只能在车身形状设计完成后，采用吸声材料或调整激励力声辐射系的振动特性，来改善乘坐室内空
16、腔共鸣噪声。,乘坐室的空腔共鸣声由乘坐室的几何形状所决定。壁板上使用吸声材料和阻尼材料，可以有效降低乘坐室内空腔共鸣噪声的峰值。要消除共鸣声就必须改进车身设计，调整室内振型。,24,9.2车内噪声及其控制,9.2.3车内噪声控制方法,6.车内噪声的主动控制,车内降噪的主动控制是在车内声场中引入受控制的声激励源来产生反噪声场，通过驻波作用来降低车内噪声。,对嗡嗡声的主动噪声控制,25,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,1.分类,根据汽车降噪对环境的影响分为：车内噪声、车外噪声。,汽车的噪声源主要有：汽车发动机噪声、底盘噪声、车身噪声及汽车附件和电气系统噪声。
17、,与车速有关的噪声：传动系噪声、轮胎噪声、车体振动噪声。,与发动机转速有关的噪声：发动机噪声、进气噪声、排气噪声、风扇噪声、由发动机带动的附件噪声。,26,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,1.分类,27,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,1.分类,28,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,2.汽车噪声标准,我国在1979年颁布了GB14951979机动车辆允许噪声、GB1496-1979机动车噪声测量方法，该标准的颁布对我国汽车噪声的控制起到了里程碑作用。,2001年对标准进行了修
18、改，标准名称变更为：GB1495-2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法。,29,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,2.汽车噪声标准,在标准的制定过程中，19751976年测量了1000辆正在使用的汽车，它们能充分代表我国的汽车生产水平和噪声水平。,30,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,2.汽车噪声标准,31,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,2.汽车噪声标准,32,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.1汽车整车噪声的分类及汽车噪声标准,2.汽车噪声标准,33,9.3汽车整车
19、噪声及其控制,9.3.2车外噪声控制技术,1.噪声源,应控制的噪声有：发动机噪声、传动系噪声、排气噪声、轮胎噪声以及鸣笛噪声。,2.车外噪声控制方法,(1)发动机噪声的改善,主要措施：改造发动机燃烧过程以降低燃烧爆发的冲击；降低由此冲击产生的激励力激励发动机各部件振动辐射的噪声；降低由于活塞往复运动、曲轴转动引起的不平衡力以降低发动机振动等。,(2)降低辐射噪声,降低发动机、排气系统、传动系统等结构表面的辐射噪声，主要措施：降低激励力、改善结构振动特性。,34,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.2车外噪声控制技术,2.车外噪声控制方法,(3)降低排气噪声,措施：利用消声器降低排气噪声。,(4
20、)降低轮胎噪声,措施：改善胎面形状、橡胶材质等。,(5)改变道路表面结构,对路面状况的改善可以改变路面吸声率、道路凹凸噪声等，从而降低噪声。,(6)控制鸣笛噪声,(7)隔声屏障措施,(8)交通流量控制,35,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.3车内声学环境舒适化,主要措施：,36,9.3汽车整车噪声及其控制,9.3.3车内声学环境舒适化,主要措施：,2.加大对新型吸声材料的研究。,3.加强对振动和噪声主动控制技术的研究。,4.改善声场的音质，重点控制“吵闹感、嘈杂感、金属粗钝感”。让声音听起来相对比较悦耳。,37,9.4汽车噪声有源控制,9.4.1噪声有源控制概述,38,9.4汽车整车噪声及
21、其控制,9.4.1噪声有源控制概述,2.分类：,39,9.4汽车整车噪声及其控制,9.4.1噪声有源控制概述,2.分类：,40,9.4汽车整车噪声及其控制,9.4.1噪声有源控制概述,3.影响一个实际有源控制系统的效果的关键因素：,1)初级声源的类型和特征,2)次级源和误差传感器的位置和个数,3)参考信号获得及其质量,4)控制算法及控制器硬件,41,9.4汽车整车噪声及其控制,9.4.2汽车排气噪声的有源消声控制,重型货车有源消声器控制实例,该有源消声装置与一个简化结构的“无源消声器”串联使用，简化结构无源消声装置装在发动机排气管一侧，用于消除高频噪声；有源消声器是一个单通道自适应有源前馈控制系统，装在排气管尾部，用于消除低频噪声。,42,9.4汽车整车噪声及其控制,9.4.2汽车排气噪声的有源消声控制,有源消声器和简化结构无源消声器组合后，有源消声器启动前后排气噪声频谱图如下所示：,43,9.4汽车整车噪声及其控制,9.4.3车内噪声有源控制,
