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应用新技术来降低车内噪声
来源:本站整理  作者:佚名  2013-06-24 08:49:41

    车内噪声水平是体现汽车乘坐舒适性的重要性能指标之一。为了提高车辆的舒适性,世界各大汽车公司都对车内噪声水平制定了严格的控制标准,将车内噪声控制作为重要的研究方向。传统的噪声控制技术,利用CAE(一种计算机辅助工程分析)和车辆试验测试,确定各声源对车内噪声的贡献值,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。而主动控制技术的发展以及智能降噪材料结构的出现,为降低车内噪声控制提供了新方法。

              车内噪声产生的机理
    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、结构噪声等则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;运转发出的噪声则由空气传播至车内。
    (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则由空气传至车内。
    (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;作为悬架系统组成部分的减振器、轮胎等在工作过程中产生的噪声则通过车身缝隙,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;空气传播则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,2种情况共同形成车内噪声。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别。实践证明,中低频车内噪声(30~400赫兹)主要由固体传播途径造成的,而高频车内噪声则以空气传播为主。如果能够削弱或消除固体传播,则可使车内噪声大大降低。

                传统降低噪声技术
    传统的被动控制降噪技术多从以下3个方面着手:一是消除或减弱声源噪声。包括:对发声部件采用消声器,对振动部件采用减振器,采用或改进密封元件来消除泄漏气流的间隙,增加密封压力。二是控制噪声传播途径,阻断固体传播。通过阻尼隔振、隔声、吸声等措施来改善振源和车身的传递关系,从而达到降噪的目的。三是保护噪声接受者,主要是对保护车内驾驶员或乘客而言,常用的方法有使用防声耳塞、耳罩和防声帽盔等。上述被动控制技术大多能对车内中、高频噪声进行有效控制,但对低频噪声控制效果基本上都不.明显。

                有源噪声控制技术
    有源噪声控制方法是近年来发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,它的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和有目的的产生一个次级声信号去控制初级声信号,以达到降噪目的的技术方法。根据两列声波相消性干涉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,从而达到降噪的目的。
    英国莲花汽车公司与英国南安普顿大学声与振动研究所合作,将自适应有源降噪技术应用于噪声控制。控制的核心是电脑模块,采用发动机转速信号分频方法,分离出多阶正弦波参考信号。在发动机转速为3 000~5 000转/分钟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)10分贝左右。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。

              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。其基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,产生相应的振动信号并反馈到电子控制单元,经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。

              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达到2%和8%。常用的形状记忆合金有镍钦合金。

    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坚固力,从而达到稳定工作状态和减振目的。

    以上降噪的新技术都属于噪声主动控制技术。噪声主动控制技术的最突出优点有2个:一是主动性,可根据所控制噪声的特性,相应地设计和改变控制系统的各种特性,使控制具有针对性和目标性;二是低频噪声控制效果好,弥补了噪声被动控制技术的不足。此外,噪声主动控制系统体积小、自质量轻,并且对汽车的结构及工作特性几乎没有影响。噪声主动控制技术,作为一种能够有效地控制车内低频噪声的方法。已逐渐成为汽车车内噪声控制的发展趋势。

    随着汽车工业的发展,人们对汽车舒适性的要求越来越高。因此对车内减振降噪技术的要求也越来越高,车内噪声控制技术将发生历史性变革。虽然主动控制技术的研究尚处于发展阶段,与技术成熟和普及还有一定距离。但随着电子技术、控制技术、人工智能技术和材料结构的发展,车内噪音主动控制技术会更加完善。

关键词:新技术 车内噪声

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