（机械工程专业论文）轿车车内噪声控制及结构优化研究.pdf

i 一 r e s e a r c ho nc a r t e r i o rn o i s e r o a n d p t i m i z a t i or】esea na ri n t e n o rn 0 1 s ec o n t r o la n ds t r u c t u r eo p t1 1 1 1 z a to n b y l i uc o n g g u a n g b e ( p a n z h i h u au n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h 0 0 1 o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry ud e ji e f e b r u a r y , 2 0 11 m町i3唧760 9iiiii_m y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：纠m 影日期：毋口- ，年多月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书。 ， 2 不保密z ( 请在以上相应方框内打”) 作者签名纠枷期： 刷醛翱多嗍： 川1 年多月7 日 幻年岁月夕e l 硕士学位论文 摘要 随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高，汽车在人们生活中扮演着 越来越重要的角色，轻量化、动力性、可靠性、安全性和舒适性等已成为衡量汽 车品质的重要指标。目前，国内外汽车厂家在汽车的轻量化、动力性、可靠性和 安全性等方面的技术已经e t 臻完善，而汽车舒适性一直是汽车工程领域研究的热 点问题。影响汽车舒适性的一个重要因素是汽车的n v h 性能，因此，减小汽车 的振动噪声可以提高其舒适性。 本文以国家“跃升计划 专项一中国高水平汽车自主创新能力建设( 简称“中 气专项”) 的n v h 项目为研究背景，借助有限元分析方法对“中气专项 轿车进 行数值仿真，研究白车身一阶整体扭转模态问题，并对车身声固耦合系统进行振 动声学特性分析，计算轿车车身与后副车架连接点在单位激励下引起的车内声学 响应，通过板件贡献量分析识别出影响车内噪声较大的板件，通过修改和优化板 件的结构参数，减小其振动，降低板件振动引起的辐射噪声。具体研究工作如下： ( 1 ) 从u g 模型中抽取“中气专项”轿车各零部件的中面导入h y p e r m e s h 软件进行网格划分，建立了白车身、t r i m m e db o d y 有限元模型；在v i r t u a l l a b 中建立了车室声腔有限元模型，并与t r i m m e db o d y 模型联合建立了结构声场耦 合模型；运用有限元分析软件n a s t r a n 进行了模态分析，结果表明，“中气专 项 轿车白车身一阶整体扭转模态频率偏低，可能会导致其与发动机怠速激励频 率产生共振。 ( 2 ) 针对“中气专项”轿车白车身一阶整体扭转模态偏低问题，采用模态灵 敏度分析方法计算了一阶整体扭转模态对白车身所有板件厚度的灵敏度，考虑到 汽车轻量化要求，还计算了白车身整体质量对各板件质量的灵敏度，将一阶整体 扭转模态灵敏度与质量灵敏度的比值作为板件的一阶相对整体扭转模态灵敏度 值，并按照绝对值大小进行排序，然后对影响一阶整体扭转模态较大的十五块板 件进行结构优化，通过优化板件厚度提高了白车身一阶整体扭转模态，避免了共 振，而白车身质量增加较少，满足汽车轻量化要求。 ( 3 ) 通过车身声学灵敏度分析，计算了车身与后副车架四点悬置连接处单位 激励在驾驶员右耳处引起的噪声大小，对频率声压曲线进行分析得出声压较大的 几个峰值频率，然后计算这几个峰值频率处的车室板件贡献量，通过板件贡献量 分析，得出中地板在几个峰值频率处的声压贡献量都较大，从中地板在峰值频率 处的耦合模态云图可以看出，中地板i ； 部的局部变形较大，运用局部加筋的方法 轿车车内噪声控制及结构优化研究 对中地板前部的振动变形加以控制，减小其向车内辐射噪声。结果表明，对中地 板局部加筋能有效降低峰值频率处的声压。 ( 4 ) 附加质量是一种控制板件辐射噪声的方法，在工艺上也较易实现。本文 利用m a t l a b 编写的薄板声辐射功率程序，以前三阶模态频率处的声辐射功率 为优化目标，结合优化软件i s i g h t ，对薄板有限元网格单元上附加质量的位置 及大小进行优化。结果表明，降噪效果比较理想，与附加均布质量相比，效果更 明显，并为以后将其应用到车身板件振动辐射噪声控制中打下了基础。 关键词：噪声控制；灵敏度分析；结构优化；板件贡献量分析；加筋；附加质量 硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e s l i v i n gs t a n d a r d s ，c a rp l a y s m o r ea n dm o r e i m p o r t a n t r o l ei n p e o p l e sl i f e ， l i g h t w e i g h t i n g 、d y n a m i cp e r f o r m a n c e 、r e l i a b i l i t y 、s e c u r i t ya n dc o m f o r th a v eb e c o m e t h ei m p o r t a n tc r i t e r i o n so fm e a s u r i n gc a rq u a l i t y a tp r e s e n t ，t h et e c h n o l o g i e so f l i g h t w e i g h t i n g 、d y n a m i cp e r f o r m a n c e 、r e l i a b i l i t ya n ds e c u r i t yh a v eb e e np e r f e c tf o r c a rm a n u f a c t u r e r sb o t ha th o m ea n da b r o a d ，b u tc a rc o r n f o r th a sb e e nah o ti s s u ei n a u t o m o t i v ee n g i n e e r i n g a ni m p o r t a n tf a c t o ro fc a rc o m f o r ti sn v hp e r f o r m a n c e ， r e d u c i n gv i b r a t i o na n dn o i s ec a ni m p r o v ec a rc o m f o r t t h i st h e s i sw a sb a s e do nt h en v hp r o j e c to f ”y u e s h e n gp r o g r a m ”一t h eh i g h l e v e lo fi n d e p e n d e n ti n n o v a t i o no fc a rm a n u f a c t u r i n gi nc h i n a ( r e f e r r e dt oa s ”z h o n g q ip r o j e c t ”) ，t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm e t h o dw a sa p p l i e dt on u m e r i c a l s i m u l a t i o no f ”z h o n g q ip r o je c t ”c a r ，t h ef i r s t - o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a lo fb o d yi n w h i t ew a ss t u d i e da n dv i b r o - - a c o u s t i cc h a r a c t e r i s t i c so fc a rb o d ya c o u s t i c - s t r u c t u r e i n t e r a c t i o ns y s t e mw e r ea n a l y z e d ，a c o u s t i cr e s p o n s e so fi n t e r i o rc a rc a u s e db yu n i t e x c i t a t i o n sw h i c hw e r ea p p l i e dt ot h ej u n c t i o n so fc a rb o d ya n dr e a rs u b f r a m ew e r e c a l c u l a t e d ，t h r o u g hp a n e lc o n t r i b u t i o na n a l y s i s ，t h eb o d yp a n e l sw h i c hh a v eg r e a t e r i n f l u e n c eo nc a ri n t e r i o rn o i s ew e r ei d e n t i f i e d ，t h er a d i a t e dn o i s ec a u s e db yp a n e l v i b r a t i o nc a nb er e d u c e db ym o d i f y i n ga n do p t i m i z i n gt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so f p a n e l t h em a i nr e s e a r c hw o r k sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h em i d d l ef a c e so fc o m p o n e n tp a r t si n ”z h o n g q ip r o j e c t ”c a rw e r ee x t r a c t e d f r o mt h eu gm o d e l s ，t h e nt h e yw e r ep u ti n t oh y p e r m e s hs o f t w a r et og e n e r a t e f i n i t ee l e m e n tm e s h t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l so fb o d yi nw h i t e 、t r i m m e db o d ya n d i n t e r i o ra c o u s t i cc a v i t yw e r ee s t a b l i s h e d ；t h em o d a l so ft h e s em o d e l sw e r ea n a l y z e d b yu s i n gt h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r en a s t r a n ，t h er e s u l t ss h o w st h a tt h e f i r s t o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a lf r e q u e n c yo fb o d yi nw h i t eo f ”z h o n g q ip r o j e c t ”c a r w a sl o w , i tm a yc a u s e r e s o n a n c ew i t ht h ee x c i t a t i o nf r e q u e n c yo fe n g i n ei d l es p e e d ( 2 ) b e c a u s et h ef i r s t - o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a lf r e q u e n c yo fb o d yi nw h i t ei n ”z h o n g q ip r o j e c t ”c a rw a sl o w , t h em o d a ls e n s i t i v i t ya n a l y s i sm e t h o dw a su s e dt o c a l c u l a t et h es e n s i t i v i t yo ft h ef i r s t - o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a lf r e q u e n c yt oa l lp l a t e t h i c k n e s s e s ，c o n s i d e r i n gt h er e q u i r e m e n to fc a rl i g h t w e i g h t i n g ，t h es e n s i t i v i t yo f i v 轿车车内噪声控制及结构优化研究 w e i g h to fb o d yi nw h i t et ot h a to fs i n g l ep a n e lw a sa l s oc a l c u l a t e d ，t h er a t i oo f t h e f i r s t o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a ls e n s i t i v i t ya n dw e i g h ts e n s i t i v i t yw a st a k e na st h e r e l a t i v ef i r s t o r d e rw h o l e t o r s i o nm o d a ls e n s i t i v i t yv a l u e ，t h e ni tw a ss o r ti n a c c o r d a n c ew i t ht h ea b s o l u t es i z e ，s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o nw a sc a r r i e do u tt ot h ef i f t e e n p a n e l sw h i c hh a v eg r e a t e r i n f l u e n c eo nt h ef i r s t - o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a l ，t h e f i r s t o r d e rw h o l et o r s i o nm o d a lo fb o d yi nw h i t ew a si m p r o v e dt oa v o i dr e s o n a n c eb y o p t i m i z i n gt h ep a n e lt h i c k n e s s e s ，w h i l et h ew e i g h to fb o d yi nw h i t ew a s a d d e dl e s s ，i t m e e tt h er e q u i r e m e n to fc a rl i g h t w e i g h t i n g ( 3 ) t h ea c o u s t i cr e s p o n s e so fi n t e r i o rc a rc a u s e db yu n i t e x c i t a t i o n sa tt h e j u n c t i o n so fc a rb o d ya n dr e a rs u b f r a m ew e r ec a l c u l a t e dt h r o u g hc a rb o d ya c o u s t i c s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，s e v e r a lp e a kf r e q u e n c i e s c a nb e a c q u i r e d f r o mt h e f r e q u e n c y a c o u s t i cp r e s s u r e c u r v e s ，t h e n t h ep a n e lc o n t r i b u t i o no ft h ec a r c o m p a r t m e n tw a l l b o a r d sw a sc a l c u l a t e d a tt h e s ef r e q u e n c i e s ，i tw a sk n o w nt h a t a c o u s t i cp r e s s u r ec o n t r i b u t i o no ft h em i d d l ef l o o rw a sl a r g e ra tt h ep e a kf r e q u e n c i e s ， f r o mt h ec o u p l e dc o n t o u r m o d eo ft h em i d d l ef l o o ra tp e a kf r e q u e n c i e sw ec a ns e e t h a tt h ef o r e p a r to ft h em i d d l ef l o o rd e f o r m e dl a r g e ri ns o m el o c a lr e g i o n s ，t h e nw e c a nu s ep a r t i a lr e i n f o r c e m e n tt oc o n t r o lt h ev i b r a t i o nd e f o r m a t i o na n dr e d u c et h e r a d i a t e dn o i s et ot h ei n t e r i o r t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h ep a r t i a lr e i n f o r c e m e n t p r o c e d u r ec a na v a i l a b l yr e d u c et h ea c o u s t i cp r e s s u r ea tt h ep e a kf r e q u e n c i e s ( 4 ) a d d i n gm a s si sap r o c e d u r et oc o n t r o lt h en o i s er a d i a t e db yap l a t e ，i t se a s i e r t oa c h i e v eo nt h ep r o c e s s t h i st h e s i su s e da na c o u s t i cr a d i a t i o np o w e rp r o g r a m w r i t t e ni nm a t l a b ，t o o kt h ea c o u s t i cr a d i a t i o np o w e ra tt h ef o r m e rt h r e eo r d e r so f m o d a lf r e q u e n c i e sa so p t i m i z a t i o no b j e c t i v e ，c o m b i n e dw i t ht h eo p t i m i z a t i o ns o f t w a r e i s i g h tt oo p t i m i z et h el o c a t i o na n ds i z eo fa d d e dm a s so nt h ef i n i t ee l e m e n tm e s ho f t h ep l a t e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h en o i s er e d u c t i o ne f f e c tw a si d e a la n dt h ee f f e c t w a sm o r eo b v i o u st h a nt h a to fa d d e du n i f o r mm a s s ，i tl a i dt h ef o u n d a t i o nf o ra p p l y i n g i tt ov i b r a t i o na n dr a d i a t e dn o i s ec o n t r o lo fc a rb o d yp a n e l si nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：n o i s ec o n t r o l ；s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ；s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n ；p a n e l c o n t r i b u t i o na n a l y s i s ；r e i n f o r c e m e n t ；a d d e dm a s s v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i v 插图索引i x 附表索引x i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 车内噪声的产生及控制方法2 1 2 1 车内噪声的产生2 1 2 2 车内噪声的控制方法3 1 3 国内外研究现状5 1 3 1 国外研究现状5 1 3 2 国内研究现状7 1 4 本文研究思路及内容安排8 1 4 1 问题的提出8 1 4 2 本文研究思路一9 1 4 3 内容安排9 第2 章车身结构振动噪声分析理论基础1 1 2 1 汽车振动噪声分析的有限元法j 1 1 2 2 模态分析1 2 2 3 声场分析1 3 2 4 声固耦合分析1 5 2 5 模态灵敏度分析1 5 2 6 板件贡献量分析1 6 2 7 有限元分析软件n a s t r a n 介绍1 8 2 7 1 静力分析1 8 2 7 2 屈曲分析18 2 7 3 动力分析18 2 7 4 声学分析2 0 2 7 5 设计灵敏度分析及优化设计2 0 2 8 小结2 0 v 1 轿车车内噪声控制及结构优化研究 第3 章车身结构与声腔模态分析2 1 3 1 有限元模型建立原则2 1 3 2 “中气专项”轿车简介2 2 3 3 白车身有限元模型建立2 3 3 4 白车身模态分析2 5 3 5t r i m m e db o d y 有限元模型建立一2 7 3 6 车室声腔模型建立与模态分析2 8 3 6 1 声腔有限元模型建立2 8 3 6 2 声腔模态分析2 8 3 7 声固耦合系统模型建立及耦合模态分析一3 0 3 8 小结3 4 第4 章白车身模态灵敏度分析与结构优化3 5 4 1 白车身模态灵敏度分析3 5 4 2 结构优化- 3 7 4 2 1 优化问题的数学模型一3 7 4 2 2 白车身结构优化3 7 4 2 3 优化计算及结果分析3 8 4 3 小结3 9 第5 章车身声学灵敏度计算与板件贡献量分析4 0 5 1 车内声压参考点的选取4 0 5 2 车身声学灵敏度计算及结果分析4 0 5 - 3 板件贡献量分析及结构修改4 2 5 3 1 板件贡献量分析一4 2 5 3 2 板件结构修改4 6 5 4 ，j 、结4 7 第6 章板件振动与辐射噪声控制一4 9 6 1 板件辐射噪声控制概述4 9 6 2 薄板振动有限元模型与声辐射分析一5 0 6 2 1 基于附加质量载荷的薄板结构振动有限元模型5 0 6 2 2 薄板的声辐射理论一5 0 6 3 附加质量载荷优化方法5 1 6 4 应用实例51 6 5 小结5 3 总结与展望5 4 参考文献5 6 v l i 硕士学位论文 致 射6 0 附录a 攻读学位期间发表的学术论文目录6 1 轿车车内噪声控制及结构优化研究 插图索引 图1 1 车内噪声主要来源3 图1 2 结构传声与空气传声频率段分布3 图3 1 计算精度和时间随网格数量的变化情况2 2 图3 3 车身地板总成有限元模型2 4 图3 4 车身右侧围总成有限元模型2 4 图3 5 车身顶盖总成有限元模型2 4 图3 6 车身前舱总成有限元模型2 4 图3 7 车身后舱总成有限元模型2 5 图3 8 白车身有限元模型一2 5 图3 9 后围局部一阶模态云图2 6 图3 1 0 一阶整体扭转模态云图2 6 图3 1 1 一阶整体弯曲模态云图一2 6 图3 1 2 流水槽支撑变形模态云图2 6 图3 1 3 后地板局部模态云图2 6 图3 1 4 后围局部二阶模态云图一2 6 图3 1 5 前部横弯模态云图一2 6 图3 1 6t r i m m e db o d y 有限元模型2 7 图3 1 7 车室声腔有限元模型2 8 图3 1 8 声腔第二阶模态2 8 图3 1 9 声腔第三阶模态2 9 图3 2 0 声腔第四阶模态j 一2 9 图3 2 1 声腔第五阶模态一2 9 图3 2 2 声腔第六阶模态一3 0 图3 2 3 结构声腔耦合有限元模型3 l 图3 2 41 6 8 1 1 h z 处以结构变形为主的车室声压分布一3 l 图3 2 51 8 3 1 0 h z 处以结构变形为主的车室声压分布3 2 图3 2 62 5 7 6 9 h z 处以结构变形为主的车室声压分布- 一3 2 图3 2 7 2 8 9 8 6 h z 处以结构变形为主的车室声压分布一3 2 图3 2 83 0 4 5 7 h z 处以结构变形为主的车室声压分布3 2 图3 2 9 以声压变化为主的耦合声腔模态振型与对应的第二阶声腔模态振型3 3 图3 3 0 以声压变化为主的耦合声腔模态振型与对应的第三阶声腔模态振型3 3 i x 硕士学位论文 图3 3 1 以声压变化为主的耦合声腔模态振型与对应的第四阶声腔模态振型3 3 图4 1 优化前后一阶整体扭转模态云图对比3 9 图5 1车内驾驶员位置结构噪声测点4 0 图5 2 车身与后副车架各连接点激励位置4 1 图5 3车身与后副车架各连接位置z 向单位激励引起的车内声压响应4 1 图5 44 9 h z 处的板件声学贡献量4 2 图5 56 6 h z 处板件声学贡献量一4 3 图5 67 9 h z 处板件声学贡献量4 3 图5 71 1 2 h z 处板件声学贡献量一4 4 图5 81 4 0 h z 处板件声学贡献量4 4 图5 9中地板4 9 h z 处变形云图4 5 图5 10 中地板6 6 h z 处变形云图4 5 图5 1 1 中地板7 9 h z 处变形云图4 5 图5 1 2 中地板1 1 2 h z 处变形云图一4 5 图5 1 3 中地板1 4 0 h z 处变形云图4 5 图5 1 4 加强筋截面形状4 6 图5 1 5 中地板修改前后有限元模型对比一4 6 图5 1 6 修改前后车身与后副车架右前悬置连接点激励引起的车内噪声对比4 6 图5 1 7 阻尼层敷设方式一4 7 图6 1四边简支的矩形板及设计变量分布5 2 图6 2不同频率下薄板的声辐射功率5 2 图6 3附加质量块的分布5 3 x 轿车车内噪声控制及结构优化研究 附表索引 表3 1 白车身前七阶模态频率及振型描述2 5 表3 2 车身材料性能2 7 表3 3 车室声腔前五阶非零模态一3 0 表3 4 前十阶耦合模态与结构模态3 1 表4 1 对一阶整体扭转模态影响较大的板件及其灵敏度值3 5 表4 2 一阶相对整体扭转模态灵敏度值较大的前十七块板件一3 6 表4 3 白车身板件结构优化结果3 8 表6 1 三种工况下前三阶模态处的声辐射功率结果对比5 2 x i 硕士学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第1 章绪论 汽车发明初期，由于发动机的功率都比较低，基本上都是低速行驶，其振动 与噪声问题并不十分明显，然而，随着科学技术的发展和社会的进步，发动机功 率不断增大，高速公路的出现更是促进了车速的快速提高，这就导致了车辆噪声 问题的日益突出。车辆噪声不仅会造成环境污染，而且会影响驾驶员行驶的专注 程度和车辆的行驶安全，甚至会对车内人员的精神和生理造成危害。所以，多数 顾客在选购汽车时都希望汽车的驾驶环境是安静的，乘坐起来是平稳的，能够享 受驾驶的乐趣，为此，汽车的振动与噪声性能就显得尤为重要。统计结果显示， 汽车的振动与噪声性能和顾客对汽车总体印象评价有直接关系，顾客除了追求传 统的低噪声与振动外，对于声音品质的要求也越来越高，于是，汽车的n v h ( n o i s e 、 v i b r a t i o n & h a r n e s s ) 性能，即噪声、振动和声振粗糙度性能便成为当前研究的热 点。 为控制车辆产生的噪声污染，各国相继出台了相关的环保法规和标准，严格 限制车辆产生的噪声。我国于19 7 9 年出台了机动车噪声允许标准 g b l 4 9 5 1 9 7 9 ，2 0 0 2 年在机动车辆允许噪声基础上又颁布了g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法心1 ，与先前颁布的g b l 4 9 5 1 9 7 9 相比， g b l 4 9 5 2 0 0 2 弥补了g b l 4 9 5 1 9 7 9 的一些缺陷，对测量场地应达到的声学条件加 以具体规定。不过，g b l 4 9 5 2 0 0 2 却只相当于欧洲经济委员会1 9 9 7 年颁布的e c e r 5 i 0 2 汽车加速行驶车外噪声限值口1 ，2 0 0 7 年，欧洲经济委员会针对机动车 辆噪声又制定了新版测试方法，简称e c er 5i 0 3 h 1 ，与e c er 5 i 0 2 相比要求更 加严格。由此可见，国内在机动车辆噪声法规制定和实施方面与发达国家存在不 小的差距，车辆噪声与振动问题需要迸一步加强，汽车的设计水平也有待提高。 与国外一些著名的大汽车公司，如德国大众、日本丰田、美国通用等相比， 国内汽车厂家在车辆n v h 性能研究方面还存在很大差距，研究不够深入，这也 成为制约国产汽车发展的一个重要因素。汽车通常由发动机、底盘、电气设备和 车身系统组成，而承载式轿车车身系统是车内乘员的直接载体，主要由钣金件组 成，它的设计既要考虑汽车行驶安全性，又要考虑乘坐空间、空气阻力和外型美 观等问题，而且车身振动特性及车内噪声特性也直接影响乘客的乘坐舒适性。针 对车辆乘坐室内的噪声问题，研究其产生机理，探索车内噪声产生的途径并采取 一些方法进行控制，譬如，通过结构修改、敷设阻尼层、附加质量等控制板件的 振动辐射噪声，有利于改善车内的声学特性，对提高汽车的市场竞争力有着重大 轿车车内噪声控制及结构优化研究 意义。 1 2 车内噪声的产生及控制方法 1 2 1 车内噪声的产生 汽车的振动噪声不仅与发动机转速及车速有关，而且不同的频率段有着不同 的振动噪声源。在低速时，发动机是主要的振动噪声源；在中速时，轮胎与路面 的摩擦是主要的振动噪声源；在高速时，车身与空气之间的摩擦则成为了主要的 振动噪声源。一般地，噪声源与频率的关系可以归结为：低频时，发动机是主要 振动噪声源，路面与轮胎摩擦、车身与空气摩擦的贡献则随着频率增加而增大； 中频时，变速箱和风激励噪声占主导成分；高频时，风激励噪声则成为主要的噪 声源1 。这些振动噪声源主要通过两大方式影响车内噪声：结构传声和空气传声。 结构传声主要是指发动机振动、传动系统旋转部件不平衡运动和路面激励等直接 或间接引起车身振动，并通过车身板件辐射噪声到车内；空气传声主要是指发动 机的机械噪声、燃烧噪声和空气动力噪声，风扇噪声，机械传动系统噪声，轮胎 噪声及车身与空气的摩擦噪声等，通过车身结构空隙或透过车身板件传入车内。 具体来讲，产生车内噪声的来源有： ( 1 ) 结构传声 发动机转子不平衡转动产生离心力激起垂直于转轴的横向振动，并将其通过 发动机悬置和副车架传递至车身，引起车身结构振动；排气系统由于管道细长， 尾气与管道壁容易产生声固耦合而导致低频振动，并通过吊耳传递至车身；传动 系由于质量不平衡、齿轮啮合冲击产生的振动也会传至车身；车辆行驶过程中， 路面产生的激励会通过轮胎、悬架、副车架或悬置传递至车身。传递至车身结构 的振动通过激励车身板件振动从而向车内辐射噪声。 ( 2 ) 空气传声 发动机的噪声主要分为机械噪声、燃烧噪声和空气动力噪声等。机械噪声是 由于气体压力及机件的惯性作用使相对运动零件之间产生撞击和振动从而激发的 噪声，它会随着发动机转速的提高而增大；燃烧噪声则是在汽缸中产生，气缸中 不断变化的压力波不时的冲击燃烧室壁，从而使室壁产生振动，由于气缸部件的 刚性都比较大，自振频率也比较高，故这种振动及辐射噪声呈现高频特性；空气 动力噪声即进排气噪声，是在进气和排气的过程中产生的；此外，还有发动机的 附件产生的噪声，即冷却风扇噪声。总之，发动机及其附件产生的噪声都是通过 车身壁板的孔洞、缝隙或透过车身板件传至车内。 传动系统、悬架及轮胎等在工作过程中产生的摩擦、碰撞冲击噪声也会通过 车身结构的缝隙传至车内；当汽车高速行驶时，车身表面及凸起结构与高速气流 一2 一 硕上学位论文 产生摩擦，除引起高频振动外，也会在车内产生噪声。 结构传播的噪声与空气传播的噪声会在车内产生混响哺1 。此外，由于车身壁 板的振动引起车室内声腔声压产生变化，而声腔声压变化又会反作用于车身壁板， 即产生声固耦合，当外界激励频率与耦合系统模态频率相同时会引起共振，对此 应加以重视，尽量予以削弱。 综上，车室内噪声的主要来源如图1 1 所示。 图1 1 车内噪声主要来源 结构传声与空气传声的机理不一样，因而它们产生的噪声频率成分也不同， 结构传声主要集中在中低频段，一般在4 0 0 h z 以下，而空气传声主要集中在中高 频段，一般在5 0 0 h z 以上，4 0 0 h z 至5 0 0 h z 之间是结构传声和空气传声的交汇频 段。其频段分布如图1 2 所示。 ，- 、 铂 、_ ， 鼎 硝 救 图1 2 结构传声与空气传声频率段分布 1 2 2 车内噪声的控制方法 在理解了车内噪声产生的机理后，需要对车内振动噪声进行评价，车内振动 噪声的评价可以分为主观评价和客观评价。主观评价主要是通过自己的感官来评 价振动噪声的大小及舒适度，这种评价方法很大程度上取决于评价者的经验；客 轿车车内噪声控制及结构