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1、汽车振动与噪声控制陈陈 南南 主主 编编张建润张建润 孙蓓蓓孙蓓蓓 李普李普 副主编副主编孙庆鸿孙庆鸿 主主 审审普通高等教育车辆工程专业“新工科”建设系列教材Contents第一章振动理论基础第二章声学振动基础第三章汽车发动机的振动分析与控制第四章汽车动力传动及转向系统振动第五章汽车平顺性第六章汽车发动机及动力总成噪声第七章汽车底盘系统噪声第八章汽车车身及整车噪声第八章汽车车身及整车噪声n第一节车身结构噪声及其控制n第二节车内噪声n第三节汽车整车噪声及其控制n第四节汽车噪声有源控制n练习题1.1.车 声 结 构 噪 声车 声 结 构 噪 声第一节第一节 车身结构噪声及其控制车身结构噪声及其控
2、制1.1.车身结构振动噪声车身结构振动噪声 车车身身是是由由骨骨架架和和壁壁板板组组成成的的复复杂杂结结构构体体。在在发发动动机机和和路路面面振振动动激激励励下下，车车身身振振动动状状态态十十分分复复杂杂。车车身身前前部部的的振振动动由由前前轮轮激激振振力力引引起起，由由前前轴轴非非悬悬架架支支承承质质量量振振动动与与车车身身一一阶阶弯弯曲曲振振动动、发发动动机机垂垂直直振振动动和和悬悬挂挂质质量量纵纵向向角角振振动动组组成成。车车身身横横向向振振动动是是由由车车身身扭扭转转振振动动和和左左右右车车轮轮的的横横向向振振动动引引起起的的悬悬挂挂质质量量横横向向角角振振动动构构成成。这这些些振振动
3、动相相互互影影响响、相相互互耦耦合合，使使得得车车身身实实际际振振动动状状态态更更为为复复杂杂。研研究究表表明明，车车身身结结构构振振动动噪噪声声频频率率为为 5300Hz5300Hz，其其中中车车身身骨骨架架结结构构振振动动噪噪声声频频率率为为 530Hz530Hz。壁壁板板的的振振动噪声频率为动噪声频率为 30300Hz30300Hz。从从车车身身结结构构形形式式来来看看，由由于于无无骨骨架架车车身身直直接接承承受受路路面面的的冲冲击击，所所以以较较有有骨骨架架的的车车身身更更容容易易产产生生振振动动噪噪声声。对对于于一一些些大大型型车车辆辆，由由于于车车身身较较长长，相相应应的的车车身身
4、质质量量增增加加，使使得得车车身身整整体体刚刚度度下下降降；而而对对于于一一些些小小型型车车辆辆，由由于于车车身身轻轻量量化化设设计计，也也同同样样使使得得车车身身整整体体刚刚度度下下降降。若若车车身身刚刚度度不不足足，则则固固有频率降低，行驶中车身易产生共振，引起较大噪声。有频率降低，行驶中车身易产生共振，引起较大噪声。车身结构噪声主要来自两个方面：车身结构噪声主要来自两个方面：一、车身结构振动辐射的噪声。其受车身结构、发动机安装方式、各激励源特性等多种因素的影响；一、车身结构振动辐射的噪声。其受车身结构、发动机安装方式、各激励源特性等多种因素的影响；二、空气动力学噪声。其只受车身外形结构和
5、车速的影响。二、空气动力学噪声。其只受车身外形结构和车速的影响。1.1.车 声 结 构 噪 声车 声 结 构 噪 声第一节第一节 车身结构噪声及其控制车身结构噪声及其控制2.2.空气动力学噪声空气动力学噪声空气动力学噪声空气动力学噪声1 1、空气通过车身缝隙或孔道进入车内而产生的冲击噪声；、空气通过车身缝隙或孔道进入车内而产生的冲击噪声；2 2、空气流过车身外凸出物而产生的涡流噪声；、空气流过车身外凸出物而产生的涡流噪声；3 3、空气与车身的摩擦声。、空气与车身的摩擦声。空气阻力与汽车行驶速度平方成正比，因而，汽车高速行驶时，空气流动噪声较大。空气流动噪声对空气阻力与汽车行驶速度平方成正比，因
6、而，汽车高速行驶时，空气流动噪声较大。空气流动噪声对车内噪声较大，其频率影响较高，为车内噪声较大，其频率影响较高，为 2000Hz2000Hz左右，人的感觉为沙沙声或鸣叫声。空气流动噪声虽因车型左右，人的感觉为沙沙声或鸣叫声。空气流动噪声虽因车型的不同而不同，但不论何种车型，如果车身外表面粗糙、车身流线差、车窗调整装配不当等，都会增大空气的不同而不同，但不论何种车型，如果车身外表面粗糙、车身流线差、车窗调整装配不当等，都会增大空气流动噪声。流动噪声。2.2.车 声 结 构 噪 声 的 控 制车 声 结 构 噪 声 的 控 制第一节第一节 车身结构噪声及其控制车身结构噪声及其控制车身结构噪声的控
7、制车身结构噪声的控制3 3、改进车身外形。、改进车身外形。1 1、减少外部振动输入；、减少外部振动输入；将车身各主要部分，如外板、车顶、地板的固有频将车身各主要部分，如外板、车顶、地板的固有频率错开以避免局部共振；率错开以避免局部共振；增加板壳件的刚度、阻尼，降低板壳件的噪声辐射增加板壳件的刚度、阻尼，降低板壳件的噪声辐射效率。效率。2 2、改进车身结构；、改进车身结构；尽量避免发动机、底盘的共振频率以及激励力频率尽量避免发动机、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；与车身整体的固有频率一致，防止整体共振；提高车身支撑受力点附近的刚性，使振动减小以降提高车身支撑受
8、力点附近的刚性，使振动减小以降低噪声；低噪声；第八章汽车车身及整车噪声n第一节车身结构噪声及其控制n第二节车内噪声n第三节汽车整车噪声及其控制n第四节汽车噪声有源控制n练习题1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及传 播 途 径传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声控制车内噪声一直是车辆设计、制造工程师的努力方向。汽车内部噪声不但会增加驾乘人员的疲劳程控制车内噪声一直是车辆设计、制造工程师的努力方向。汽车内部噪声不但会增加驾乘人员的疲劳程度，而且会影响车辆行驶安全。度，而且会影响车辆行驶安全。车内噪声水平的高低在很大程度上反映了
9、车辆制造厂家的设计和工艺水平。车内噪声水平的高低在很大程度上反映了车辆制造厂家的设计和工艺水平。近年来，车内噪声已成为确定车辆品质的重要因素，车内低噪声设计已成为车辆开发中的重要任务之一。近年来，车内噪声已成为确定车辆品质的重要因素，车内低噪声设计已成为车辆开发中的重要任务之一。车内噪声级与乘坐室振动级一样，已成为判断汽车舒适性的主要指标。车内噪声级与乘坐室振动级一样，已成为判断汽车舒适性的主要指标。车内噪声主要取决于乘坐室的减振隔声性能。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会增大车内
10、噪声，尤其是低频噪声。实车测试表明。这种低频噪声主要集中在被认为可能会增大车内噪声，尤其是低频噪声。实车测试表明。这种低频噪声主要集中在 20200Hz20200Hz 之间。之间。车身壁板的振动和噪声有紧密关系，且车室空腔的共振会放大噪声。这个问题的解决方法是，在车辆设计车身壁板的振动和噪声有紧密关系，且车室空腔的共振会放大噪声。这个问题的解决方法是，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，最后使得车内噪声处于最优水平，最大限度地改
11、善车辆乘坐舒适性，减轻驾乘人员的疲劳。计及工艺，最后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。1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及传 播 途 径传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声11、车内噪声的产生机理及传播途径、车内噪声的产生机理及传播途径声源声源振动源振动源车架振动车架振动车身振动车身振动孔缝透声孔缝透声车室内车室内混响混响车内噪声车内噪声 =+=+1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及传 播 途 径传 播 途 径第二节第
12、二节 车内噪声车内噪声综综上所述，上所述，上所述，上所述，发动发动机、底机、底机、底机、底盘盘和路面作和路面作和路面作和路面作为为振源和声源，均可振源和声源，均可振源和声源，均可振源和声源，均可激激激激发发出出出出车车内噪声，其内噪声，其内噪声，其内噪声，其传传播途径可分播途径可分播途径可分播途径可分为为空气空气空气空气传传声和固体声和固体声和固体声和固体传传声。声。声。声。如如如如图图8-2-28-2-2 所示。其中，所示。其中，所示。其中，所示。其中，经经由空气由空气由空气由空气传传播的噪声主要是播的噪声主要是播的噪声主要是播的噪声主要是发动发动机机机机表面表面表面表面辐辐射噪声和空气射噪
13、声和空气射噪声和空气射噪声和空气动动力学噪声，力学噪声，力学噪声，力学噪声，经经固体固体固体固体传传播的噪声主要是播的噪声主要是播的噪声主要是播的噪声主要是发动发动机、底机、底机、底机、底盘盘、路面及气流引起、路面及气流引起、路面及气流引起、路面及气流引起车车身振身振身振身振动动而向而向而向而向车车内内内内辐辐射的噪射的噪射的噪射的噪声。空气声。空气声。空气声。空气传传播和固体播和固体播和固体播和固体传传播的能量比例因播的能量比例因播的能量比例因播的能量比例因车车型型型型结结构和噪声的不构和噪声的不构和噪声的不构和噪声的不同同同同频频率成分而有差率成分而有差率成分而有差率成分而有差别别。一般情
14、况下，。一般情况下，。一般情况下，。一般情况下，500Hz500Hz 以上，空气声以上，空气声以上，空气声以上，空气声传导传导占主占主占主占主导导地位；地位；地位；地位；400Hz400Hz以下，固体以下，固体以下，固体以下，固体传传声占主声占主声占主声占主导导地位。表地位。表地位。表地位。表8-8-2-12-1 说说明不同行明不同行明不同行明不同行驶驶状状状状态态下空气下空气下空气下空气传传声和固体声和固体声和固体声和固体传传声所占的比例。声所占的比例。声所占的比例。声所占的比例。由表可由表可由表可由表可见见，匀速，匀速，匀速，匀速时时空气空气空气空气传传声和固体声和固体声和固体声和固体传传
15、声所占的比例大致相同，声所占的比例大致相同，声所占的比例大致相同，声所占的比例大致相同，加加加加/减速减速减速减速时时固体固体固体固体传传声比例超声比例超声比例超声比例超过过空气空气空气空气传传声。声。声。声。1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及传 播 途 径传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声2 2、封闭车厢空腔共鸣现象、封闭车厢空腔共鸣现象 汽汽车车车车身身形形成成一一定定形形状状的的封封闭闭空空腔腔，所所以以会会发发生生与与封封闭闭管管道道类类似似的的共共振振现现象象，称称为为空空腔腔共共鸣鸣。它它具具有增强车内噪声
16、的效果。车内空腔共鸣的特征由空腔的声学模态决定有增强车内噪声的效果。车内空腔共鸣的特征由空腔的声学模态决定。所所谓谓声声学学模模态态，是是指指用用波波动动声声学学方方法法处处理理封封闭闭空空间间声声场场时时引引入入的的概概念念，就就是是用用“模模态态叠叠加加法法”分分析析封封闭闭空空间间声声场场。封封闭闭空空间间声声场场的的计计算算方方法法有有统统计计声声学学法法和和波波动动声声学学法法。封封闭闭空空间间声声场场存存在在一一个个所所谓谓的的 SchroederSchroeder 截截止止频频率率。当当频频率率高高于于 SchroedeSchroederr截截止止频频率率时时，封封闭闭空空间间声
17、声学学模模态态高高度度密密集集，采采用用波波动动声声学学法法是是不不合合理理的的，这这时时一一般般用用统统计计声声学学法法处处理理。当当封封闭闭空空间间声声场场尺尺寸寸较较大大时时，SchroederSchroeder 截截止止频频率率较较低低，采采用用统统计计声声学学法法比比较较有有效效，例例如如第第二二章章介介绍绍的的统统计计能能量量法法（SEASEA）；当当封封闭闭空空间间声声场场尺尺寸寸较较小小，SchroederSchroeder 截截止止频频率率较较高高，在在低低于于 SchroederSchroeder 截截止止频频率率以以下下，采采用用波波动动声声学学法法较较好好。由由于于车车
18、辆辆车车厢厢形形成成的的封封闭闭空空腔腔尺尺寸寸一一般般都都不不大大，所所以以在在低低频频段段可可以以采采用用波波动动声声学学法法。车车厢厢的的结结构构、材材料料、形形状状、大大小小决决定定了了声声学学模模态态。由由于于实实际际车车辆辆车车内内形形状状复复杂杂，声声学学模模态态的的计计算算只只能能采采用用数数值值法法，如如有有限限元元法法、差差分分法法。图图8-2-38-2-3所所示示是是采采用用商商业业有有限限元元软软件件 ANSYSANSYS 获获得得的的某某轻轻型型客客车车车车厢厢的的第第 22阶阶声声腔腔模模态态。当当外外界界振振动动激激励频率或声激励频率等于车厢声腔固有频率时，车厢会
19、产生空腔共鸣，使得车内噪声增强。励频率或声激励频率等于车厢声腔固有频率时，车厢会产生空腔共鸣，使得车内噪声增强。1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性 及传 播 途 径传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声33、车室内的风振现象、车室内的风振现象 当当高高速速行行驶驶时时打打开开一一车车窗窗，乘乘客客舱舱相相当当于于一一个个亥亥姆姆霍霍兹兹共共振振腔腔。该该共共振振腔腔共共振振频频率率（HzHz）为为 （8-28-2）1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性及 传 播 途 径及
20、传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声44、车内轰鸣声产生机理、车内轰鸣声产生机理当汽车以某些特定的速度行驶时，或其发动机以某些特定的转速工作时，在乘客舱产生的很大峰值的噪当汽车以某些特定的速度行驶时，或其发动机以某些特定的转速工作时，在乘客舱产生的很大峰值的噪声声车内轰鸣声（车内轰鸣声（BoomingNoiseBoomingNoise）。车内轰鸣声是车内噪声的主要表现之一。它使乘坐人员感到压抑、）。车内轰鸣声是车内噪声的主要表现之一。它使乘坐人员感到压抑、烦躁、易于疲劳，严重影响汽车乘坐舒适性。因此这是汽车乘客舱声学设计时，首先需要控制的声音。车内轰烦躁、易于疲劳，严重影响汽车乘坐舒适
21、性。因此这是汽车乘客舱声学设计时，首先需要控制的声音。车内轰鸣声有如下特点鸣声有如下特点:（1 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。）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 2）有明显的频率带宽性质，一般在）有明显的频率带宽性质，一般在 20200Hz20200Hz范围内。范围内。（3 3）伴随轰鸣声的出现，乘客舱产生驻波，轰鸣声频率接近乘客舱空腔固有频率。伴随轰鸣声的出现，乘客舱产生驻波，轰鸣声频率接近乘客舱空腔固有频率。车辆在环路上行驶时的低频轰鸣声，是由于路面凹凸不平使轮胎承受强迫位移变形，振动通过
22、悬架系统传车辆在环路上行驶时的低频轰鸣声，是由于路面凹凸不平使轮胎承受强迫位移变形，振动通过悬架系统传入车身。其中，由后悬架的振动通过支承传递给车身，引起整车弯曲振动，产生入车身。其中，由后悬架的振动通过支承传递给车身，引起整车弯曲振动，产生 2050Hz2050Hz的轰鸣声。的轰鸣声。车辆低速轰鸣声，是由于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、车辆低速轰鸣声，是由于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，最终在车厢内形成低速轰鸣声。车辆中速轰鸣声，后悬架的扭曲振动通过车架传递
23、，引起车身整体弯曲振动，最终在车厢内形成低速轰鸣声。车辆中速轰鸣声，是由于在中速区域作为激振力的发动机转矩的变化、回转体的不平衡，使车身振动，产生轰鸣声。车辆高速轰是由于在中速区域作为激振力的发动机转矩的变化、回转体的不平衡，使车身振动，产生轰鸣声。车辆高速轰鸣声，是由于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。鸣声，是由于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。1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性及 传 播 途 径及 传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声55、轮轮胎胎胎胎间间
24、接噪声接噪声接噪声接噪声轮轮胎胎间间接接噪噪声声是是轮轮胎胎作作为为直直接接或或间间接接激激振振源源，将将振振动动传传给给车车身身并并在在车车内内产产生生噪噪声声。轮轮胎胎间间接接噪噪声声在在轿轿车车上上比比较较严严重重。轮轮胎胎间间接接噪噪声声分分为为两两类类:一一是是以以轮轮胎胎不不均均匀匀为为主主要要原原因因，使使得得轮轮胎胎本本身身成成为为激激振振源源，产产生生噪噪声声；二二是是路路面面凹凸不平，引起轮胎弹性振动并以车身为媒介产生车内噪声。凹凸不平，引起轮胎弹性振动并以车身为媒介产生车内噪声。1 1）重击噪声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。这种噪声
25、在车轮每转一圈中都能察觉车辆行驶时，以轮胎不均匀波形和不均匀波形的高次成分引起的噪声。这种噪声在车轮每转一圈中都能察觉到，一般在到，一般在 4080km/h4080km/h 时最明显。时最明显。22）敲打噪声）敲打噪声这是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产生的噪声。当汽车在平滑路面行驶速这是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产生的噪声。当汽车在平滑路面行驶速度度 70110km/h70110km/h 以上时，在后座能明显察觉到。以上时，在后座能明显察觉到。3 3）崎岖噪声）崎岖噪声这是由轮胎不均匀波形的这是由轮胎不均匀波形的2 2次、次成分引起的，
26、频率次、次成分引起的，频率50Hz50Hz左右、压迫感强的噪声。这种噪声往往产生在车左右、压迫感强的噪声。这种噪声往往产生在车速速 100km/h100km/h以上时。以上时。1.1.车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性车 内 噪 声 的 产 生 机 理、特 性及 传 播 途 径及 传 播 途 径第二节第二节 车内噪声车内噪声4 4）道路噪声）道路噪声）道路噪声）道路噪声这这是由路面凹凸不平，引是由路面凹凸不平，引是由路面凹凸不平，引是由路面凹凸不平，引发发的噪声，可分的噪声，可分的噪声，可分的噪声，可分为为三三三三类类：（1 1）狭）狭）狭）狭义义道路噪声道路噪声道路噪声道路噪声:在砂
27、石路和粗糙的有在砂石路和粗糙的有在砂石路和粗糙的有在砂石路和粗糙的有规则规则的凹凸不平路面行的凹凸不平路面行的凹凸不平路面行的凹凸不平路面行驶时产驶时产生的生的生的生的连续连续噪声。噪声。噪声。噪声。（2 2）砖砖砌路噪声砌路噪声砌路噪声砌路噪声:在在在在铺轨铺轨道和道和道和道和铺铺石路面等石路面等石路面等石路面等这样这样有一定有一定有一定有一定间间隔的凹凸不平路面行隔的凹凸不平路面行隔的凹凸不平路面行隔的凹凸不平路面行驶时产驶时产生的生的生的生的连续连续噪声。噪声。噪声。噪声。（3 3）路面接）路面接）路面接）路面接缝缝噪声噪声噪声噪声:在通在通在通在通过过路面接路面接路面接路面接缝时产缝时
28、产生的冲生的冲生的冲生的冲击击噪声（噪声（噪声（噪声（50100Hz50100Hz），尤其是子午），尤其是子午），尤其是子午），尤其是子午线线胎。胎。胎。胎。2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声11、结构、结构声耦合方程声耦合方程2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空
29、 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声将式（将式（8-2-178-2-17）代入式（）代入式（8-2-148-2-14）得到离散化后的运动方程）得到离散化后的运动方程 （8-2-188-2-18）式中，式中，注意到式注意到式（8-2-188-2-18）中）中 P P 是待求流体压力，而是待求流体压力，而 r r 为弹性固体结构的位移矢量，也是微分方程中的待求
30、变量，故为弹性固体结构的位移矢量，也是微分方程中的待求变量，故（8-2-188-2-18）是表达了系统的固有是表达了系统的固有 流体耦合效应的流体压力波动方程。流体耦合效应的流体压力波动方程。33、结构声耦合的有限元模型、结构声耦合的有限元模型流体单元流体单元如果采用如果采用 GalerkinGalerkin法对整个流体域求解，则形状函数一般很难取，尤其是当整个流体域和流固交界面形状复法对整个流体域求解，则形状函数一般很难取，尤其是当整个流体域和流固交界面形状复杂杂时。采用有限元法，是将整个流体域时。采用有限元法，是将整个流体域 QQ 分割成有限个单元，在每个单元内采用分割成有限个单元，在每个
31、单元内采用 GalerkinGalerkin法建立单元方程，然后再法建立单元方程，然后再集总成整个流体域的方程。由此认为有限元法是集总成整个流体域的方程。由此认为有限元法是 GalerkinGalerkin法的一种扩展法的一种扩展 设在任意一个流体单元设在任意一个流体单元 e e 内的压力可以用其各节点的压力近似为内的压力可以用其各节点的压力近似为 （8-2-198-2-19）2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声 2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪
32、声车内噪声 (,=，)2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声44、结结构的有限元及流构的有限元及流构的有限元及流构的有限元及流固耦合有限元模型固耦合有限元模型固耦合有限元模型固耦合有限元模型2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声 式中，式中，是结构单元形状矢量函数；是结构单元形状矢量函数；结构单元点法向位移矢量。结构单元点法向位移矢量。作用在流固交界面上流体动压力对此虚位移所做的虚功为作用在流固交界面上流体动压力对此虚位移所做的虚功为（8-2-
33、318-2-31）由此可得流体动力产生的结构节点法向力矢量由此可得流体动力产生的结构节点法向力矢量（8-2-328-2-32）再作坐标变换可得在总体坐标下的广义流体力矢量再作坐标变换可得在总体坐标下的广义流体力矢量（8-2-338-2-33）将流固交界面上所有固体单元的广义流体矢量集成总装将流固交界面上所有固体单元的广义流体矢量集成总装，得，得 （8-2-348-2-34）2.2.封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象封 闭 车 厢 空 腔 共 鸣 现 象第二节第二节 车内噪声车内噪声3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声1.1.减弱
34、噪声源辐射强度减弱噪声源辐射强度降低车上任何噪声源都对车内降噪声有利降低车上任何噪声源都对车内降噪声有利，尤其是发动机噪声和底盘噪声尤其是发动机噪声和底盘噪声。关关于于发发动动机机噪噪声声控控制制问问题题前前面面章章节节已已有有介介绍绍。对对发发动动机机采采用用加加屏屏蔽蔽罩罩处处理理，可可以以有有效效降降低低发发动动机机噪噪声声辐辐射射。屏屏蔽蔽罩罩一一般般采采用用不不同同厚厚度度的的双双层层板板，并并在在板板上上进进行行阻阻尼尼和和吸吸声声处处理理。大大型型客客车车采采用用封封闭闭发发动动机机舱舱后后，噪噪声声能能降降低低 78dB78dB；如如果果再再对对屏屏蔽蔽罩罩涂涂敷敷阻阻尼尼层层
35、，噪噪声声还还能能降降低低 2 2dBdB。对对发发动动机机进进行行隔隔振振的的主主要要性性能能取取决决于于隔隔振振装装置置的的性性能能。目前采用的隔振装置有普通橡胶隔振器、双层隔振器、液压隔振器、空气隔振器和金属丝网非线性隔振器目前采用的隔振装置有普通橡胶隔振器、双层隔振器、液压隔振器、空气隔振器和金属丝网非线性隔振器。对于轮胎噪声对于轮胎噪声，就轮胎而言就轮胎而言，对应于路面凹凸不平对应于路面凹凸不平，考虑提高包络性和使用高阻尼的橡胶考虑提高包络性和使用高阻尼的橡胶，使轮胎振动传递峰使轮胎振动传递峰值与乘客舱空腔固有频率错开值与乘客舱空腔固有频率错开，并改善轮胎的制造工艺水平并改善轮胎的制
36、造工艺水平。当轮胎越过裂缝之类凹凸物时当轮胎越过裂缝之类凹凸物时，如果轮胎与悬架在如果轮胎与悬架在前后方向冲击吸收差前后方向冲击吸收差，就会发出裂缝声就会发出裂缝声。其改善措施其改善措施:提高轮胎气囊特性提高轮胎气囊特性，采用柔软的橡胶套降低悬架在前后方向采用柔软的橡胶套降低悬架在前后方向的刚度的刚度。隔绝振动、噪声传播途径是控制车内噪声的重要方法。通常可以利用具有弹性和阻尼的材料来对车身进行隔隔绝振动、噪声传播途径是控制车内噪声的重要方法。通常可以利用具有弹性和阻尼的材料来对车身进行隔振，以改善振源和车身之间的振动传递关系；同时利用吸声涂料、阻尼粘胶等材料来改善车身壁板的隔声性；并通振，以改
37、善振源和车身之间的振动传递关系；同时利用吸声涂料、阻尼粘胶等材料来改善车身壁板的隔声性；并通过减小乘客舱壁板的孔缝数目和尺寸提高密封性，以削弱气体传声。过减小乘客舱壁板的孔缝数目和尺寸提高密封性，以削弱气体传声。2.2.隔绝噪声传播途径隔绝噪声传播途径3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声1 1）隔振）隔振隔振是在振源与受控对象之间串加一个子系统，称为隔振器，用它减小受控对象对振源激励的响应。在设计隔振是在振源与受控对象之间串加一个子系统，称为隔振器，用它减小受控对象对振源激励的响应。在设计与选用隔振器时，要注意确定振动激励的性质、规
38、定振动隔离的性能指标、选择合适振动控制方法、分析计算振与选用隔振器时，要注意确定振动激励的性质、规定振动隔离的性能指标、选择合适振动控制方法、分析计算振动隔离系统，并依据载荷性质，安装空间等选择合适的隔振器和安装方式。汽车车身的隔振处理，主要是在车身动隔离系统，并依据载荷性质，安装空间等选择合适的隔振器和安装方式。汽车车身的隔振处理，主要是在车身与车架的安装支承点与车架的安装支承点(对于非承载式车身对于非承载式车身)或车身与发动机、传动系各总成的连接处或车身与发动机、传动系各总成的连接处(对于承载式车身对于承载式车身)加设橡胶垫或加设橡胶垫或液压悬置机构等弹性阻尼环节，削弱各振源向车身的振动传
39、递。车身隔振可以采用优化支承结构、改善隔振器性液压悬置机构等弹性阻尼环节，削弱各振源向车身的振动传递。车身隔振可以采用优化支承结构、改善隔振器性能、改进车车身结构动态特性等措施。能、改进车车身结构动态特性等措施。2 2）隔声）隔声如前所述，隔声方法就是用某种隔声装置将声源与周围环境隔离，使其辐射的噪声不能直接传播到周围区域，如前所述，隔声方法就是用某种隔声装置将声源与周围环境隔离，使其辐射的噪声不能直接传播到周围区域，从而达到控制噪声的目的。隔声的实质是尽量衰减从声源辐射出的空气声。常用有隔声材料和隔声结构。隔声材从而达到控制噪声的目的。隔声的实质是尽量衰减从声源辐射出的空气声。常用有隔声材料
40、和隔声结构。隔声材料或隔声结构的隔声性能采用传声系数或传声损失来表示。料或隔声结构的隔声性能采用传声系数或传声损失来表示。3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内
41、噪声车内噪声隔声处理的具体方法还包括采用隔声罩和隔声屏等。隔声罩是指将噪声源密闭在一特定空间内的隔声构件，隔声处理的具体方法还包括采用隔声罩和隔声屏等。隔声罩是指将噪声源密闭在一特定空间内的隔声构件，分分为全封闭、局部封闭和消声箱式隔声罩。分分为全封闭、局部封闭和消声箱式隔声罩。罩壁由罩板、阻尼涂料和吸声层构成，其隔声性能总体上仍然遵循质量控制规律，但在应用上要更多地考罩壁由罩板、阻尼涂料和吸声层构成，其隔声性能总体上仍然遵循质量控制规律，但在应用上要更多地考虑通风、散热、耐蚀、耐热、设备维修等问题。隔声屏是用隔声结构做成的，并在朝向声源一侧进行了吸声处理虑通风、散热、耐蚀、耐热、设备维修等问
42、题。隔声屏是用隔声结构做成的，并在朝向声源一侧进行了吸声处理的屏障。隔声屏用于阻挡噪声向接受点的声传播，它的隔声性能直接与声波的频率有关。对于高频噪声，其波长的屏障。隔声屏用于阻挡噪声向接受点的声传播，它的隔声性能直接与声波的频率有关。对于高频噪声，其波长较短，声波的绕射能力差，从而使隔声效果显著。对于低频噪声，由于其声波波长较长，声波的绕射能力强，大较短，声波的绕射能力差，从而使隔声效果显著。对于低频噪声，由于其声波波长较长，声波的绕射能力强，大大限制了隔声屏的隔声效果大限制了隔声屏的隔声效果。发动机作为影响车内噪声的主要声源，一方面可以对其本身进行屏蔽，另一方面可以在乘客舱内进行隔声处发动
43、机作为影响车内噪声的主要声源，一方面可以对其本身进行屏蔽，另一方面可以在乘客舱内进行隔声处理。乘客舱隔声的重点一般是前壁和前围。当然，乘客舱隔声处理还能有效阻止轮胎噪声、传动系噪声和高速风理。乘客舱隔声的重点一般是前壁和前围。当然，乘客舱隔声处理还能有效阻止轮胎噪声、传动系噪声和高速风噪声的传入。由于壁板的隔声性能受质量定律的支配，所以对高频率噪声较为有效，对低频噪声效果较差，尤其噪声的传入。由于壁板的隔声性能受质量定律的支配，所以对高频率噪声较为有效，对低频噪声效果较差，尤其是是 3050Hz3050Hz的噪声。为了保证低频噪声效果，应选用面密度和阻尼均较大的隔声材料，同时还应考虑采用什么的
44、噪声。为了保证低频噪声效果，应选用面密度和阻尼均较大的隔声材料，同时还应考虑采用什么样的隔声结构。隔声结构的选择应同时考虑所隔声的特性、隔声材料与结构性能和成本。实际使用时，一般采用样的隔声结构。隔声结构的选择应同时考虑所隔声的特性、隔声材料与结构性能和成本。实际使用时，一般采用双层壁结构，并在两层壁之间填充吸声材料以进一步提高隔声性能。对于高档汽车可以采用多到四层的隔声结构。双层壁结构，并在两层壁之间填充吸声材料以进一步提高隔声性能。对于高档汽车可以采用多到四层的隔声结构。设计乘客舱隔声时，应重点研究发动机辐射噪声的频谱特性。汽油机的频率集中在设计乘客舱隔声时，应重点研究发动机辐射噪声的频谱
45、特性。汽油机的频率集中在 2004000Hz2004000Hz，柴油机的频，柴油机的频率集中在率集中在 10004000Hz10004000Hz。3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声）提高乘客舱的气密性）提高乘客舱的气密性车身壁板的缝隙与孔道为噪声的传入提供了直接通道。这将大大降低车身壁板的隔声能力。因此，必须提车身壁板的缝隙与孔道为噪声的传入提供了直接通道。这将大大降低车身壁板的隔声能力。因此，必须提高乘客舱的气密性，堵塞所有不必要的孔缝隙。对于必须保留的孔缝，也必须作隔声处理，可通过压力实验选高乘客舱的气密性，堵塞所有不必要的孔
46、缝隙。对于必须保留的孔缝，也必须作隔声处理，可通过压力实验选择泄漏最小的孔道结构和隔声方案。对于无相对运动的孔缝，可用高黏度密封胶加以密封。常用密封胶有乙烯择泄漏最小的孔道结构和隔声方案。对于无相对运动的孔缝，可用高黏度密封胶加以密封。常用密封胶有乙烯基塑料、聚氨酯、聚硫橡胶等。实验表明，对各操纵机构、仪表与车身的孔缝处理后，噪声比无处理状态降低基塑料、聚氨酯、聚硫橡胶等。实验表明，对各操纵机构、仪表与车身的孔缝处理后，噪声比无处理状态降低 10dB10dB左右。左右。3.3.吸声处理吸声处理 吸声吸声吸声吸声处处理包括使用吸声材料或吸声理包括使用吸声材料或吸声理包括使用吸声材料或吸声理包括使
47、用吸声材料或吸声结结构来吸收声能，从而降低噪声构来吸收声能，从而降低噪声构来吸收声能，从而降低噪声构来吸收声能，从而降低噪声强强度。有限空度。有限空度。有限空度。有限空间间内的噪声都包括直达声内的噪声都包括直达声内的噪声都包括直达声内的噪声都包括直达声和反射声两部分。在空和反射声两部分。在空和反射声两部分。在空和反射声两部分。在空间间布置吸声材料，降低声的反射量，就能达到降噪的目的。布置吸声材料，降低声的反射量，就能达到降噪的目的。布置吸声材料，降低声的反射量，就能达到降噪的目的。布置吸声材料，降低声的反射量，就能达到降噪的目的。为为了了了了评评价材料和价材料和价材料和价材料和结结构的吸声构的
48、吸声构的吸声构的吸声性能，采用吸声系数来表示，其定性能，采用吸声系数来表示，其定性能，采用吸声系数来表示，其定性能，采用吸声系数来表示，其定义见义见第二章式第二章式第二章式第二章式(2-4-2)(2-4-2)。采用吸声方法采用吸声方法采用吸声方法采用吸声方法进进行汽行汽行汽行汽车车噪声控制，是指在控制某部件或噪声控制，是指在控制某部件或噪声控制，是指在控制某部件或噪声控制，是指在控制某部件或总总成噪声采用一些吸声材料或吸声成噪声采用一些吸声材料或吸声成噪声采用一些吸声材料或吸声成噪声采用一些吸声材料或吸声结结构，以降低噪构，以降低噪构，以降低噪构，以降低噪声。下面声。下面声。下面声。下面讨论讨
49、论常用的吸声材料和吸声常用的吸声材料和吸声常用的吸声材料和吸声常用的吸声材料和吸声结结构的吸声性能及吸声机理。构的吸声性能及吸声机理。构的吸声性能及吸声机理。构的吸声性能及吸声机理。3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声（3 3）容重：适当增加容重，可以提高材料中低频吸声效果，但效果比不上增加材料厚度明显。）容重：适当增加容重，可以提高材料中低频吸声效果，但效果比不上增加材料厚度明显。（4 4）使用条件：使用条件，如：温度、湿度、空气清洁
50、度等也影响到材料的吸声效果。）使用条件：使用条件，如：温度、湿度、空气清洁度等也影响到材料的吸声效果。3.3.车 内 噪 声 控 制 方 法车 内 噪 声 控 制 方 法第二节第二节 车内噪声车内噪声2 2）吸声吸声吸声吸声结结构构构构 吸声材料可以有效吸收中、高吸声材料可以有效吸收中、高吸声材料可以有效吸收中、高吸声材料可以有效吸收中、高频频噪声，但也存在低噪声，但也存在低噪声，但也存在低噪声，但也存在低频频性能差的缺点。通常将吸声材料与吸声性能差的缺点。通常将吸声材料与吸声性能差的缺点。通常将吸声材料与吸声性能差的缺点。通常将吸声材料与吸声结结构配合使用，构配合使用，构配合使用，构配合使用