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汽车噪声论文
【摘要】汽车噪声，即汽车行驶在道路上时，内燃机、喇叭、轮胎等都会发出大量的人类不喜欢的声音。
汽车噪声严重影响人的身体健康。
近年来，城市机动车辆增长很快，伴随而来的交通噪声污染环境现象也日益突出。
专家认为，汽车对环保最大的危害是噪音污染。
汽车噪声的大小衡量汽车质量水平的重要指标。
因此，汽车噪声的防治也是世界汽车工业的一个重要课题。
汽车噪声主要来自道路所激发的车体结构的振动；轮台触地所激起的空气振动；车体穿过大气所产生的湍流；发动机的振动和排气、进气；传动系统中的相互运动所激发的振动等几个方面，本篇文章主要通过降低汽车的风噪，胎噪，及发动机噪声来最大限度的降低汽车噪声。
【关键词】噪声污染、发动机噪声、风噪、胎噪、降低噪声
Abstract:
automobilenoise,thatthecarintheroadwhen,Gasengine,horn,treys,alotofpeopledon'tlikethevoiceof,thenoisewillseriouslyaffectthehealth.Inrecentyears,Townisfastincreasinginmotorvehicles,alongthetrafficnoisepollutionoftheenvironmentisalsoincreasinglyprominent,andExpertsbelievethatthebustotheenvironmentalprotectionofthebiggestriskisthenoisepollution.Thenoiseoftheimportantmeasurethequalityindicator.Therefore,thenoisepreventionoftheworldofthecarindustryisalsoanimportantsubject.Thenoisefromtheroadinspirecar’sstructureofthevibration；Thoughintheworkofthevibratingair；car’sthroughtheatmosphereofturbulence；Enginetheintakeandexhaust,；transmissionofmotioninthevibrationswhenafewaspects,Thisarticlemainlybythereductionofthecar,treys,andenginenoisetotheutmostreductioninthenoise.
Keyword:
Noisepollution,Thesoundoftires,thesound,soundandlowernoise
第一章绪论.........................................................4
1．1研究背景及目的...............................................4
1．2汽车噪声声源分析.............................................4
第二章汽车噪声减燥分析..............................................5
2．1发动机噪声分析及减噪.......................................5
2．2胎噪分析及减噪...............................................7
2．3风噪分析及减噪...............................................8
第三章汽车噪声控制设计..............................................8
3．1车内噪声控制.................................................8
3.2汽车内部噪声主动控制实验系统设计.............................12
3.3发动机排气口消音器的设计.....................................13
结束语..............................................................17
参考文献............................................................18
第一章绪论
1．1研究背景及目的
噪声是工业社会带来的副产品，它与大气污染和水污染一起被认为是当今世界三大公害。
与其他两个公害相比，噪声的影响面最广，感觉最直接，人们反映也最多。
汽车作为一种主要的交通工具日益普.及和增长，因而汽车噪声所造成的环境污染也日益严重。
汽车噪声中由于发动机产生的噪声占很大一部分，因此研究发动机噪声产生的机理以及噪声控制的措施在汽车噪声控制中显得尤为重要。
1．2汽车噪声声源分析
汽车噪声的来源主要有以下几个方面：
①由道路所激发的车体结构的振动；
②轮台触地所激起的空气振动；
③车体穿过大气所产生的湍流；
④发动机的振动和排气、进气；
⑤传动系统中的相互运动所激发的振动；
⑥制动器与轮圈的摩擦；
⑦空调风机等。
汽车噪声主要分为：
1、发动机噪音：
车辆发动机是噪音的一个来源，它的噪音产生是随着发动机转速的不同而不同（主要通过：
前叶子板、引擎盖、挡火墙、排气管产生和传递）。
2、路噪：
路噪是车辆高速行驶的时候风切入形成噪音及行驶带动底盘震动产生的，还有路上沙石冲击车底盘也会产生噪音，这是路噪的主要来源（主要通过：
四车门、后备箱、前叶子板、前轮弧产生和传递）。
3、胎噪：
胎噪是车辆在高速行驶时，轮胎与路面磨擦所产生的，视路况车况来决定胎噪大小，路况越差胎噪越大，另外柏油路面与混泥土路面所产生的胎躁有很大区别（主要通过：
四车门、后备箱、前叶子板、前轮弧产生和传递）。
4、风噪：
风噪是指汽车在高速行驶的过程中迎面而来的风的压力已超过车门的密封阻力进入车内而产生的，行驶速度越快，风噪越大（主要通过：
四门密封间隙、包括整体薄钢板产生和传递）。
5、共鸣噪和其他：
车体本身就像是一个箱体，而声音本身就有折射和重叠的性质，当声音传入车内时，如没有吸音和隔音材料来吸收和阻隔，噪音就会不断折射和重叠，形成的共鸣声（主要通过：
噪音进入车内，叠加、反射产生）。
第二章汽车噪声减噪分析
2．1发动机噪声分析及减噪
在发动机各种噪声中，发动机表面辐射噪声是主要的。
发动机表面辐射噪声由燃烧噪声和机械噪声两大类构成，是发动机内部的燃烧及机械振动所产生的噪声。
燃烧噪声是指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声，机械噪声是指活塞、齿轮、配气机构等运动件之间机械撞击产生的振动噪声。
一般情况下，低转速时燃烧噪声占主导地位，高转速时机械噪声占主导地位。
两者是密切相关，相互影响的。
降低柴油机燃烧噪声的根本措施是降低压力增长率。
而压力增长率取决于着火延迟期和在着火延迟期内形成的可燃混合气的数量和质量，因此可通过选用十六烷值高的燃料，合理组织喷油过程及选用良好的燃烧室来实现。
具体措施如下：
⑴延迟喷油定时
由于气缸内压缩温度和压力是随曲轴转角变化的，喷油时间的早晚对于着火延迟期长短的影响将通过压缩温度和压力而起作用。
若喷油早，则燃料进入气缸时的空气温度和压力低，着火延迟期变长；若喷油过迟，同样燃料进入气缸时的空气温度和压力反而变低，着火延迟期变长，燃烧噪声增大；只有适当推迟喷油时间，即减小喷油提前角，可使着火延迟期延期长，燃烧噪声减小。
⑵改进燃烧室结构形状和参数
柴油机工作过程的好坏主要取决于燃油喷射、气流运动和燃烧室形状三方面的配合是否合理。
因此，燃烧室的结构形状与混合气的形成和燃烧有密切关系，它不但直接影响柴油机的性能，而且影响着火延迟期、压力升高率，从而影响燃烧噪声。
根据混合气的形成及燃烧精通结构的特点，柴油机的燃烧室分为直喷式和分隔式两大类：
A直喷式又分开式、半分开式和球形燃烧室等
B分隔式分涡流室和预燃室。
在其它条件相同的情况下，直喷式燃烧室中的球形和斜置圆桶形燃烧室的燃烧噪声最低，分隔式燃烧室的噪声一般较低。
而ω形直喷式燃烧室（半分开式）和浅盆形直喷式燃烧室（开式）的燃烧噪声最大。
调节燃烧室结构参数也可降低燃烧噪声。
例如：
在涡流室式发动机中喷油嘴的喷油方向愈偏离涡流室中心而指向涡流下游，附着于燃烧室壁面的燃料就愈多，燃烧也愈平静；另外增加涡流室喷孔面积比也可减少噪声。
⑶调节喷油系
喷油率对燃烧噪声的影响非常大，试验表明，喷油率提高一倍，燃烧噪声就会增加6dB，因此用减少喷油泵供油率的方法来减少燃烧噪声，但应注意高速性能的恶化和增加怠速噪声的问题。
⑷提高废气再循环率和进气节流
提高废气再循环率可减小燃烧率，使发动机运转平稳，因此对降低燃烧噪声起到明显作用。
而进气节流可使气缸内的压力降低和着火时间推迟，因此进气节流不但能降低噪声，而且还能减少柴油机所特有的角速度波动和横向摆振。
⑸采用增压技术
柴油机增压后进入气缸的空气充量密度增加，使压缩终了时气缸内的温度和压力增高，改善了混合气的着火条件，使着火延迟期缩短。
增压压力越高，着火延迟期越短，使压力升高率越小，从而降低燃烧噪声越多。
试验证明，增压可使直喷式柴油机燃烧噪声降低2～3dB。
⑹提高压缩比
提高压缩比可提高压缩终了的温度和压力，使燃料着火的物理、化学准备阶段得以改善，从而缩短着火延迟期，降低压力升高率，降低燃烧噪声；但压缩比增大使气缸内压力增加，会让活塞敲击声增大，因此，提高压缩比不会使发动机的总噪声有很大的降低。
⑺改善燃油品质
燃油品质不同，喷入燃烧室后所进行着火前的物理、化学准备过程就不同，导致着火延迟时间不同。
十六烷值高的燃料着火延迟较短，压力升高率低，燃烧过程柔和。
故而，应采用十六烷值高的燃料。
除采取上述措施改进燃烧过程外，还应在燃烧激发力的辐射和传播途径上采取措施，增加发动机结构对燃烧噪声的衰减，尤其是对中、高频成分的衰减。
具体的措施有：
提高机体及缸套的刚性，采用隔振隔声措施，减少活塞、曲柄连杆机构各部分的间隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用较小的缸径，增加缸数或采用较大的S/D值，改变薄壁零件（如油底壳）的材料和附加阻尼。
2．2胎噪分析及减噪
胎噪（也称路噪）一般由三部分组成：
一是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，二是胎体和花纹部分震动引起的轮胎震动噪音，特别是一些轮胎的材质偏硬，尤其容易让车主感受到路噪；三是路面不平造成的路面噪音，特别是行驶在坑坑洼洼的路面时，胎面与地面的磨擦、冲击产生噪音，并与挡泥板、翼子板等部件的震动形成共鸣放大传入车内。
降噪要点：
对此，降低胎噪的办法有多种，如做隔音，通过阻隔胎噪向驾驶舱的传播来减少胎噪。
除了需拆除整车前后座椅及内饰，同时还要把轮胎以及翼子板内衬拆掉，然后在四个车门、门边部位、轮弧上方部位、四个翼子板以及底盘处贴上隔音材料。
有针对性地做过隔音后，胎噪会有不同程度地降低。
首先是胎噪原有的那种尖锐沙沙声，变成比较低沉的刷刷声，音量小了，不同粗糙程度的路面引起的不同胎噪，原本区别明显，这时也变小了；经过颠簸路面避震器带来的轰隆隆的震动声也显得短促沉闷；行驶在粗糙路面时，因底盘震动得双脚发麻的感觉也变得比较轻微。
除了做隔音外，也可以采取更换舒适型轮胎的方法降低胎噪。
引发噪音和轮胎有关的因素，主要是胎面花纹，所以，舒适型轮胎会在设计花纹时，考虑到静音性。
像一些厂家新推出的技术，可令整圈轮胎胎面中央静音筋的横截面沟槽宽度保持固定不变，使轮胎旋转进入接地面时橡胶花块的刚性趋于一致，花纹块的振动幅度趋于均衡，噪音波趋于平稳，从而改善了噪音，可将车内噪音降低一分贝。
更换了这种舒适型轮胎后，人们会感觉胎噪比原来明显降低。
也有些喜欢DIY的车主，采取另类的方法降低胎噪，其具体做法是将前后轮罩上贴一层隔音棉，先用硬刷将轮罩上的泥土尽量刷净；将强力胶（如401）涂抹在隔音棉带胶一面（因为隔音棉上的一层胶太薄）；再将轮罩内涂上一层强力胶，贴上隔音棉；然后在隔音棉外层和边缘喷涂底盘装甲，最后测试转向是否剐蹭。
这种做法针对轮胎与地面摩擦产生噪音，在噪源与车体之间粘一层隔音棉，抵挡部分噪音传递到轮罩上，使车身接收的噪音量减小，从而也降低了车上人员所感受到的胎噪。
2．3风噪分析及减噪
车内整体噪音的控制与车体的密封性能密切相关。
好的密封可以有效降低车辆整体噪音，尤其对高速行驶过程中的风噪有很好的抑制效果。
车辆行驶过程中产生的扰流是引起风噪的根源――车辆高速行驶过程中车身某一部件处会出现周期性气流分离，涡从车身两侧拖出，顺气流方向移动，从而产生噪音。
预防这种噪音产生的办法是尽量避免产生气流分离并用恰当的方法扰乱周期性的尾流。
一般的密封仅仅是利用密封性的提高把噪音阻隔在外，平静专业密封条在阻隔噪音的同时，还会避免气流分离并对周期性的尾流达到扰乱，从根本上降低风噪。
第三章汽车噪声控制设计
3．1车内噪声控制
车内噪声指汽车行驶时乘座室内存在的各种噪声。
它极易使乘员感到疲劳，对汽车乘坐舒适性有重要影响。
车内噪声发生机理
如下图所示：
注：
固体声空气声
⒈从声源来看，车内和车外噪声的来源基本相同，其主要声源有：
发动机、进排气、冷却风扇及底盘噪声等等。
它们所辐射的噪声在车身周围空间形成一个不均匀声场。
车外噪声要向车内传播，具体途径有二：
一是通过车身壁板及门窗上所有的孔、缝直接传入车内；二是车外噪声声波作用于车身壁板，激发壁板振动，并向车内辐射噪声。
⒉从振动源来看，有两种含义：
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。
后者频率较低，对于激发噪声影响较小。
由各振源产生的振动通过车身各支点激发车身壁板产生强烈振动，并向车内辐射强烈的噪声，即固体传声。
由于车身壁板主要由金属板和玻璃板构成，这些材料都具有很强的声反射性能。
在车室门窗均关闭的情况下，上述传入室内的空气声和壁板振动辐射的固体声，都会在密闭空间内多次反射，使车内声场接近于扩散声场，所以车内噪声实为直达声与混响声叠加后的结果。
综上所述，发动机、底盘和路面作为声源和振源均可激发车内噪声，其传播途径分为空气传声和固体传声两种。
如下图所示：
空气和固体传播噪声能量的比例因车型结构和噪声的不同频率成分的变化而有所差别。
如下图所示：
70（dB）声压级车内总噪声
空气声
60固体声
50
40
125250500100020004000（f）Hz
由图可知，在500Hz以上，空气声传导占主导地位；而在400Hz以下，固体传声占主导地位。
在不同的运行状态下，匀速行驶时固体传声和空气传声的强度大致相同，而加速或减速时，固体传声比例超过空气传声。
影响车内噪声大小的因素，除各声源外，还有汽车车身结构、密封性及阻尼吸声材料应用情况等。
车身形状、尺寸、材料等，对车室内风振和空腔共鸣有重要影响。
*车室空腔共鸣现象
空腔共鸣：
由于汽车车身形成一定形状的封闭空腔，会发生与封闭管道类似的共振现象称之为空腔共鸣。
它具有增强车内噪声的效果。
其发生机理如下图所示：
各激振力通过悬架等振动传递系统传至车架，并使车产生振动，当该振动频率与车身固有频率相等时，车身将产生共振，使该频率下的噪声级剧增。
为减少汽车行驶过程中传入车内的噪声，可利用具有弹性和阻尼的材料来改善振源和车身之间的振动传递关系。
而为阻断固体传声，也可利用涂布、阻尼粘胶等材料来改善车身壁板的隔声性能并减小车室壁板的孔隙数目和尺寸，从而增大车身结构的隔声量，削弱或阻断气体传声。
⒈隔振
对于非承载式车身，可在车身与车架的安装支承点加入橡胶垫等弹性阻尼环节，达到削弱振源身车身的固体声传导。
更重要的隔振措施是针对较强烈的振源进行特别处理。
⒉隔声
车室隔声的重点一般是前壁或前围板。
由于壁板的隔声性能受质量定律支配，因而隔声对高频噪声较为有效，对低频噪声效果较差，尤其是30～50Hz左右的低频噪声。
有时车内噪声甚至比发动机室内噪声还高，其主要原因是固体声传播使车身结构振动所致。
一般情况下，对汽油机，200～4000Hz范围是必须注意的隔声频域；而对于柴油机来说，1000～4000Hz频率范围的隔声最为重要。
为确保低频隔声性能足够好，应选用面密度和阻尼均大的隔声材料。
车室隔声结构一般都是根据阻尼减振、隔声和吸声等多项要求，在不同部位适当组合吸声防振材料而构成，对声学环境要求较高的汽车，对隔声相当讲究，采用多到四层的隔声结构。
隔声结构的选择应同时考虑所隔声的特点、隔声材料与结构的性能和成本。
3.2汽车内部噪声主动控制实验系统设计
本控制实验系统主要由4部分组成：
汽车被控系统模型（含执行器）、外部声源、控制器和信号监视（含传感器），如图3-1所示。
图3-1实验系统组成示意图
需要说明的一点是：
在控制系统中，被控汽车模型包含多块铝板，在此为了表达方便，只画出其中一块。
在实验系统中，采用外部扬声器模拟舱体从外部受到的激励。
扬声器发出的声波迫使汽车模型的一个由铝板构成的面发生受迫振动，从而使汽车内部出现较大的噪声；当放置在箱体内部指定位置的声压传感器检测到该处的声压变化，就把最新的声压值向DSP控制器传送，控制器根据此时系统的输入和输出情况，及时做出判断，对系统施加控制，此控制功能是通过粘贴在封闭舱体薄铝板壁上的PZT执行器完成的，因为PZT在控制信号的作用下能够产生振动能量，同样使铝板受迫振动，以此来降低汽车内部指定位置的噪声。
3.3发动机排气口消音器的设计
由于我国目前对消音器的设计，还没有统一的标准规范可以遵照执行，大多数厂家均根据自己的经验来设计制作，且技术又相对保密的。
因此本消音器的设计，经查阅大量资料，采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。
消音器的工艺参数为：
蒸汽排放绝对压力：
40kg/cm2，排汽温度：
390℃，蒸汽比容ρ：
0.0721m3/kg，排汽流量Q：
8t/h；噪声达到110dB以上，要求消音器的噪声小于85dB的环保要求。
一、设计原理。
复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压，预先消耗部分声能，再dB与小孔降噪相结合，达到较高的消声量；其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理，通过适当结构复合而成的。
1.小孔喷注消音器
小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm级），实验表明，当孔径≤4mm时具有移频作用，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域250~5000赫兹）；根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替，便能达到降低可听声的目的。
从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小的孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。
一般选用直径1~3mm的小孔为宜。
2.节流降压消音器
节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。
根据排汽流量的大小，适当设计通流截面，使高压气体通过节流孔板时，压力都能最大限度地降低到临界值。
这样通过多级节流孔板串联，就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。
由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例，所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空，这样能使消音器内流速控制在临界流速下，不致产生激波噪声，压力在最大限度地降到临界值，使消音器获得较好的消声效果。
同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小，小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄，这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。
消音器入口处的压力通常是给定的，当排放压力较高时，为了取得所需的消声值，经过几次节流降压，使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力P1按比例降低设计；通常情况下，节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降，设节流孔板级数为n，临界压力比为q（q＜1），可得：
（1）
根据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可知节流装置的通流截面，可按下式计算：
（2）
式中:
S1为节流面积（cm2）;
G为排放气体的质量流量（t/h）；
V1为节流前气体的比容（m3/kg），
P1为节流前气体的绝对压力（kg/cm2）；
μ为保证排汽量的截面修正系数，通常取1.2~2.0，
二、结构设计
根据上述原理，经综合分析，本消音器考虑采用节流降压与小孔喷注相结合的结构，首先为保正小孔喷注有良好的消音效果，据资料[2]上的经验数据表明，将小孔喷注层的驻压确定为5~10kgf/cm2，则小孔喷注将获得较好的效果；再根据预定的小孔喷注层的驻压及[1]式，就可确定消音器节流降压所需要的级数。
1）节流前后的降压比q值的确定
节流前后的压降比q值的取值，对高压排放的节流降压装置，通常按临界状态或亚临界状态设计；根据资料[1]，临界状态下，过热蒸汽的压降比为q=0.546，q值过大，各级压力降低缓慢，所需节流级数增多，致使消音器体积增大；q值过小，不能有效地把流速控制在临界流速下，仍会产生强烈的激波噪声，会使消音器的性能下降。
由于本消音器的气源压力较高，按接近临界状态选取各级压强比，经查阅有关资料，按亚临界状态设计比按临界状态设计的的消音效果好，因此本设计采用亚临界状态设计，取q=0.45；取小孔喷注层的驻压为8.1kgf/cm2，则根据[1]式，需要的节流孔板级数为n=2。
2）节流降压层及小孔喷注层开孔面积及参数的确定
根据科学院声学研究所的研究证明，只有当小孔总面积与排气管截面积之比为1.6时，才能使排气管排气无阻，因此修正系数μ取1.66；由式
（2），根据给定的设计参数，通过计算第一级节流孔板的通流面积为S1=7.65cm2，为了便于实际加工而不影响消音器性能，本设计的穿孔直径取为d=6mm，即得第一级穿孔数N1=27个，实取28个；在计算出第一级节流孔板通流面积S1后；由于各级降压后汽体温度可考虑为近似保持不变（气流在消音器器中流动，流速很高，气体来不及与外界发生热交换即排出），则其它各级的计算与第一级相同，各级计算结果列表如下：
各级节流降压小孔喷注复合消音器设计参数
级数
单位
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
进口压力
Kg/cm2
40
18
8.1
通流面积S
cm2
7.65
17
37.8
比容
cm3/Kg
0.0740
0.1526
0.3179
压降比
q
0.45
0.45
孔径d
mm
6
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