2023年《安全环境环保技术》之降低车内噪声的新技术.docx

降低车内噪声的新技术 车内噪声水平是表达汽车乘坐舒适性的重要性能指标之一。为了满足客户的需求，提高汽车档次，在市场竞争中占得先机，世界各大汽车厂商将车内噪声的控制作为重要的研究方向。传统的噪声控制技术，利用CAE工程分析和车辆试验测试，确定各声源对车内噪声的奉献值，在主要噪声传播途径上根据实际情况分别配置具有吸声、隔声、阻尼特性的降噪材料的声学包，结果往往增加了汽车的整备质量，影响汽车的动力性、经济性等其他性能。新型降噪材料的出现以及主动控制技术的开展，为车内噪声控制技术提供了新方法。 1 车内噪声产生的机理和控制 车内噪声产生的主要振动源和声源有： (1)发动机燃烧和惯性力引起的振动，通过发动机悬置和副车架传到车身上，引起车身结构的振动，并进一步向车内辐射中频噪声，伴随发动机运行产生的排气、进气、风扇、结构噪声等那么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。 (2)传动系由于质量不平衡及齿轮啮合产生的振动，传到车身引起车身振动进而辐射中频噪声至车内；运转发出的噪声那么由空气传播至车内。 (3)汽车高速行驶时，空气紊流造成车身高频振动，并在车内产生高频噪声；由后视镜、雨刮、车顶行李架产生的高频空气噪声那么由空气传至车内。 (4)悬架系统由路面不平激起振动，这种振动通过悬架与车身的支点传到车身引起车身振动，进一步造成车内低频噪声；作为悬架系统组成局部的减振器、轮胎等在工作过程中产生的噪声那么通过车身的缝隙，由空气传至车内。 由此可见，固体传播振动通过结构件传播到车身，引起车身振动再由车身板壁振动辐射噪声至车内，形成车内噪声；空气传播那么将各种噪声源所辐射的噪声通过空气，由车身的缝隙或孔洞传播到车内，形成车内噪声。空气、固体传播噪声能量的比例因车型结构和噪声频率的变化有所差异。实践证明，中低频车内噪声(30～400Hz)主要由固体传播途径造成的，而高频车内噪声那么以空气传播为主。固体声和空气声实际上是车内噪声的直达声，车内噪声的另一局部为混响声。所谓混响声是指声源发出的声波经过车内壁面一次或屡次反射后的噪声。车内噪声实际上是直达声与车内混响声叠加的结果。 降低噪声系统或特定环境中的噪声强度称为噪声控制。噪声系统由噪声源、传递途径、接受者三个局部组成。噪声源一般是振动体，它们在空气中反复振动，扰动空气辐射噪声，在空气中可听的振动频率范围是20～20220Hz。噪声传递途径是某种介质，声能通过介质从一点传播到其他各点，介质可以是空气、固态、液体。噪声接受者如司机、乘客。如果需要降低噪声感知强度，必须至少对噪声系统中的一个局部进行处理。通过降低噪声源或者噪声传递途径上的噪声强度，可以相应地减少相关接受点上的噪声强度。 2 有源噪声控制技术 在振动控制中，降低低频噪声和低频振动一直是一项困难的工程。一般吸声材料的低频吸声系数很小，共振型低频吸声结构要占很大的空间，并且吸声频带非常窄，构件的低频吸声量很小。有源噪声控制方法是近年来开展起来的一种全新的噪声控制方法。与传统的降噪技术相比，优势在于对低频噪声控制效果好以及对原系统的附加质量小，因此近年来有源噪声控制在降低低频噪声中得到了广泛的应用。 有源噪声控制是在指定区域人为地、有目的地产生一个次级声信号去控制初级声信号，以到达降噪目的的技术方法。根据两列声波相消性干预或声辐射抑制的原理，通过次级声源产生与初级声源的声波大小相等、相位相反的声波辐射，使二者相互抵消，从而到达降噪的目的。 英国Lotus汽车公司与ISVR合作，将自适应有源降噪技术应用于噪声控制。控制的核心是模块，采用发动机转速信号分频方法，别离出多阶正弦波参考信号。在发动机转速为3000～5000r/min范围内明显降低了车内低频发动机噪声，可降低车内轰鸣声(对应发动机点火频率噪声)10dB左右。由于采用了多个监测传声器和次级声源，降噪区域较大，能快速跟随车内低频发动机噪声的变化。 3 压电智能材料的应用 压电材料具有质量小、频响宽，安装与控制方便，不必破坏原有结构，既能用作传感器，又能作为驱动器，越来越多地用于解决薄板结构振动与噪声的控制问题。 利用压电智能材料降低车内噪声是通过对车身振动的主动控制来实现的。其根本原理是把分别作为传感器和驱动器的压电元件粘贴或嵌入车身结构(如板、壳、梁)中，传感器感受车身结构振动，产生相应的控制算法进行处理后生成相应的控制信号，控制信号再经功率放大后，经驱动器使车身结构产生应变以改变结构的动态阻尼，实现对振动的主动控制，从而抑制和衰减结构对车内辐射的噪声。 常用的压电材料有石英体、压电陶瓷、聚偏二氟乙烯(PVDF)和压电复合材料。其中，压电复合材料是20世纪80年代兴起的一种新材料，它是将压电陶瓷相和聚合物相按照一定的连通方式、体积比例和空间几何分布复合制成的。它可以成倍地提高材料的某些压电性能，并具有常用压电陶瓷所没有的优良性能。 4 形状记忆合金的应用 形状记忆合金的形状记忆效应是指材料能够记住它在高温状态下的形状，即处于低温下的形状记忆合金在外力作用下产生变形后，如果将其加热超过材料的相变点，会恢复到原来高温状态下的形状。此外形状记忆合金还具有超弹性性能，它的应力与应变之间呈现出迟滞循环效应，其弹性和超弹性变型量可分别到达2%和8%。常用的形状记忆金有镍钛合金。 利用形状记忆合金的独特性能，可以设计出形状记忆合金减振垫片，用在变速器齿轮等传动系零部件中。当汽车运行时，传动系零部件温度逐渐升高，由于各零部件材料的膨胀系数不同，传动系的工作状况逐渐变差，导致振动和噪声增大。形状记忆合金减振垫片的弹性恢复力随着温度升高而增大，能够增加传动系零部件热膨胀后的稳固力，从而到达稳定工作状态和减振目的。 5 结语 随着物理学、电声学、工程学、数字信号处理、自动控制、人工智能、系统科学等技术的开展，车内噪声控制技术将发生历史性变革。有源噪声控制技术应用于车内低频噪声控制将成为研究热点。研究满足应用要求的声学器件(传声器、扬声器等)和自适应有源降噪适时控制算法是提高有源噪声控制技术实用性的有效途径。研制和选用体积小、重量轻、吸声、隔声效果好的复合声学材料来降低车内噪声将会得到高度重视。