汽车振动与噪声控制（第3版）课件：底盘系统噪声

汽车振动与噪声控制（第3版）

底盘系统噪声概述第一节轮胎噪声第二节

制动噪声练习题概述汽车底盘系统噪声主要包括传动系统(变速器、驱动桥、传动轴)噪声、轮胎噪声、制动器鸣叫声等。传动系统噪声在前面章节中已经介绍，本章主要介绍轮胎噪声和制动器噪声。底盘系统噪声一般在车速较高时对汽车总噪声影响较大，而且以轮胎噪声为主。1.轮胎噪声分类第一节轮胎噪声直接噪声（车外噪声）：轮胎直接放射出来的噪声。对于大、中型载货车的轮胎，直接噪声占据汽车总体噪声的分量很大。因此成为噪声公害，故对轮胎噪声来说，一般指的就是直接噪声。本节专门讨论轮胎直接噪声。

间接噪声（车内噪声）：轮胎直接或间接地成为激振源，振动通过悬架和车架传至车身，成为车厢内的噪声。间接噪声又可分为两类：一是以轮胎的均匀性不良为主要原因，使轮胎本身成为激振源，而发生的噪声；二是由于路面凹凸不平，使得路面激励成为主要原因，引起轮胎弹性振动，并以车身为媒介发生车内噪声。直接噪声的分类：(1)轮胎花纹噪声；(2)道路凹凸噪声；(3)轮胎弹性振动噪声；(4)轮胎自激振动噪声；(5)轮胎空气紊流噪声。2.轮胎直接噪声的产生机理第一节轮胎噪声轮胎花纹噪声由于轮胎在接地、离地时胎面花纹沟部内气压变化而产生的

噪声道路凹凸噪声轮胎在道路上滚动时，由于路面小的凹凸内空气被压缩，因而产生排气噪声弹性振动噪声由于路面的凹凸不平和轮胎的不均匀性，引起胎面和胎侧的弹性振动噪声自激振动噪声当汽车急速起动和急制动、急转向时，轮胎胎面元素相对于道路表面发生的局部自激振动空气紊流噪声由于轮胎滚动，在轮胎周围产生空气的紊流诱发出的噪声轮胎花纹噪声远场声压的经验公式

式中，SPL(r)是从声源(轮胎)到距离为远场r处观察点的声压水平；g、w、s、n分别为胎面的沟深、沟宽、圆周方向的宽度和沟数，如图所示；fc为由变形引起的沟体积变化；V为轮胎的滚动速度。一般来说，当车速大于50km/h时，轮胎噪声就显得突出了，其中以轮胎花纹噪声为主。实验表明，这是一种高频性噪声频率在800~5000Hz（7-1-1）图7-1-1用于计算远场声压的轮胎参数定义3.轮胎噪声的实验测试方法及部分实测结果第一节轮胎噪声1）实车滑行实验法采用噪声尽可能小的实车，在实脸路段上以既定的速度滑行。如图所示，在离开车辆行驶中心线7.5m、高1.2m处安置传声器。当实验车辆通过DD'-EE'区间时，读出噪声最大值即为噪声水平测定值。这个实验方法的缺点是必须将整车轮胎实验数据变成单个轮胎的数据。另外，轮胎以外的背景噪声对实验也有影响，故实验场地应选在周围没有回声的平坦路段。1.实验测试方法图7-1-2实车滑行实验的测试装置3.轮胎噪声的实验测试方法及部分实测结果第一节轮胎噪声图7-1-3单胎台架实验传声器位置2）单个轮胎台架实验法轮胎在转鼓上以既定的速度滚动，用离轮胎中心线横向1ｍ、高度0.25ｍ位置的传声器测量噪声。这种实验的缺点是:

(1)与实际路面比较，由于转鼓曲率的影响，轮胎的接地形状与实际有区别；(2)转鼓表面粗糙度与实际路面有差异；(3)转鼓自身也有共振点。这些都对实验有影响。3.轮胎噪声的实验测试方法及部分实测结果第一节轮胎噪声3）单胎实路实验法这个方法是在拖车的一个轮子上安装实验轮胎，并连续测量轮胎行走时的噪声。传声器的位置可以离开轮胎侧面10cm，离开地面10cm。可以用一个传声器测量声压或两个传声器测量声强。以上各种方法中，单胎实路实验是最有效的轮胎噪声的实验测试方法。3.轮胎噪声的实验测试方法及部分实测结果第一节轮胎噪声2.实际测量结果

1）普通大型载货车轮胎载货车是各型车辆中噪声最大的，在此等级车辆上安装的载货车用轮胎噪声也是最大的。降低轮胎噪声有极限存在，光滑胎面轮胎噪声就是极限。为了降低轮胎噪声，研究如何使光滑胎面轮胎实用化而不损害车辆的安全性，是尚待解决的问题。表7-1-1不同轮胎花纹的平均噪声水平(dB)

a)斜交结构轮胎

b)子午结构轮胎图7-1-4普通大型载货汽车轮胎噪声实验结果横沟-细实线；块形(雪地)-粗点线；纵沟-粗实线；平面纵沟-细点线；光滑胎面-细双点画线3.轮胎噪声的实验测试方法及部分实测结果第一节轮胎噪声2）轻型载货车轮胎3~4吨级的轻型载货车轮胎的花纹、使用方法与普通大型载货车轮胎区别不大。如图所示，对于轮胎结构、花纹形式而言，噪声的变化具有和普通大型载货车轮胎司样的倾向，而且噪声的大小比普通大型载货车轮胎略有减小。与大型、轻型载货车相比，轿车轮胎噪声随着整车噪声的降低而降低。除了雪地胎外，轿车用轮胎噪声水平大约相当于使用光滑胎面轮胎的11t载货车。尽管对轿车用轮胎的性能要求是各种各样的，用途种类繁多，但各种轿车用轮胎的噪声水平相差不大。3）轿车轮胎图7-1-5轻型载货车轮胎噪声实验结果细实线-子午线轮胎横沟；细虚线-子午轮胎纵沟；粗实线-斜交轮胎横沟；粗点线-斜交轮胎纵沟4.轮胎噪声的影响因素及控制措施第一节轮胎噪声1.轮胎几何因素和材料因素的影响1)轮胎结构前面已经谈到，相同条件下，斜交结构轮胎比子午结构轮胎噪声大0~3dB，对于有些车辆可以达到5~7dB。因此，采用子午结构轮是可以降低车辆噪声。2)胎面花纹由前面的轮胎噪声实际测量结果可以知道：轮胎噪声按横沟、纵沟、光滑胎面顺序依次递减。此外，沟的形状、尺寸、数目对轮胎噪声也有影响。实验表明：对于横沟花纹，当沟的长、宽、深不变时，噪声随着沟数目的增加近似成正比增加；当沟数目不变时，噪声与沟的容积变化率成近似对数关系。对于纵沟花纹，噪声与沟数×沟宽×沟深成近似对数关系。3)轮胎帘线材料轮胎帘线材料有人造丝、尼龙、聚酯、钢丝等，由于轮胎第一性能要求是安全性。所以从强度和黏着力、耐热方面考虑，载货车用的斜交轮胎采用尼龙最合适。此外，轮胎刚度越大，轮胎噪声将降低，为了增加刚度，可以采用钢丝作为帘线材料，这样的轮胎噪声比采用尼龙作材料的轮胎降低1.5~3dB。4.轮胎噪声的影响因素及控制措施第一节轮胎噪声4)胎面橡胶为了了解胎面橡胶与轮胎噪声关系，现研究橡胶物理特性(橡胶硬度和损耗角正切）对噪声水平的影响。将5种橡胶的物理特性列于表中，并将分别采用这5种橡胶的光滑花纹轮胎、横沟花纹轮胎噪声的实测结果也列于表中。从这些结果来看，通过改变橡胶材料，可以取得2~3dB的降噪效果。表7-1-2轮胎橡胶、胎面花纹与轮胎噪声的关系

4.轮胎噪声的影响因素及控制措施第一节轮胎噪声2.使用条件的影响1)速度轮胎噪声与速度的依赖关系虽因轮胎种类、车辆不同而不同，但一般来说，存在着噪声与速度对数成比例关系增加的关系。轮胎噪声S.g与速度的关系如下式：

式中，A对斜交轮胎和子午线轮胎几乎没有差别，而对不同的胎面花纹，A的值为：直角横沟花纹A=63；普通横沟花纹A=42；雪地横沟花纹A=36；纵沟花纹A=31；光滑或平面纵沟花纹A=29。2)载荷若车辆过载，对横沟、纵沟并用花纹，噪声水平将有增大倾向。而纵沟花纹则没有这种倾向。实验表明：横沟花纹斜交轮胎从空载到额定载荷，噪声将增大5~6dB，从额定载荷增到1.5倍过载，噪声还将逐渐增大。3)气压充气压力的变化与载荷变化一样，都使轮胎变形量发生变化。因此，对噪声也有与载荷变化类似的影响。若降低充气压力，则对横沟花纹轮胎，噪声水平将升高。另外，轮胎内充气压力的变化还改变轮胎自身的固有频率及刚度特性，这就将对车辆的振动特性产生影响。（7-1-2）4.轮胎噪声的影响因素及控制措施第一节轮胎噪声轮胎在不同路面上噪声如何变化还缺乏统一的认识，但噪声与路面粗糙度紧密相关的看法是一致的。在气密性高的光滑铺装路面，由于吸排气作用增大，轮胎噪声也变大。对于一般的沥青路面和混凝土路面的比较，噪声水平差别很小，如图7-1-6图所示。3.路面种类的影响4.车辆的影响对于完全一样的轮胎，安装同样的轮胎数目，不同车辆的噪声水平约差2dB。4)磨损

由于轮胎的磨损，胎面沟的深度变浅，沟的吸排气量减少，花纹噪声将降低。一般来说，新出厂的横沟花纹轮胎在断面方向的表面曲率半径比较小。在通常磨损的情况下，曲率半径变大，而特别在磨损加大时，部分沟的吸排气量不足，噪声降低。对于纵沟花纹，尽管磨损对噪声影响较小，但噪声也随着磨损增加而降低。4.轮胎噪声的影响因素及控制措施第一节轮胎噪声底盘系统噪声概述第一节轮胎噪声第二节

制动噪声练习题1.制动噪声的产生机理第二节制动噪声汽车制动而产生的噪声主要有：1.制动器的鸣叫声；2.轮胎与地面的摩擦声；3.车身钣金件的颤振声。

本节讨论制动器鸣叫声。制动噪声源于制动器的振动。盘式制动器：衬块的振动激励盘本作轴向振动而产生。在某些情况下，夹钳振动对制动噪声也有相当大的贡献。鼓式制动器：制动蹄片与制动鼓的接触恶化，其摩擦系数随滑动速度变化，从而激发出振动并辐射出噪声。同时，这种变化的摩擦力还有可能激发出制动器某些构件共振，产生较强烈的噪声。制动器可能产生令人难以忍受的高频尖叫，通常将这种尖叫称为制动尖叫。鼓式制动器比盘式制动器更容易产生制动尖叫。对于鼓式制动器，尖叫声发生在制动蹄片的端部和根部与制动鼓接触的情况下；对于盘式制动器，尖叫声通常发生在很低的压力下。此外，当制动器剧烈工作后冷却下来，尖叫声最可能发生，而且经常发生在低速行驶时。它一旦发生，则在同样条件下，重复制动，便会使尖叫声增大。制动噪声及其频率特性与制动器的结构、制动压力、温度、制动初速度、减速度以及制动器使用状况等因素有关。1.制动噪声的产生机理第二节制动噪声1.制动器结构制动器结构对制动噪声有明显影响。一般情况下，增加制动鼓刚度和降低制动蹄片刚度，可以降低制动噪声。在某些特殊情况下，由于制动器结构的差别，也可能产生相反的结果。增加制动鼓的质量或减小制动蹄片的质量，制动噪声将降低。摩擦材料的摩擦系数、表面状况和特性与制动噪声的产生密切相关。摩擦材料的动、静态摩擦系数相差越大，在滑动速度改变时，摩擦系数随之变化越大，制动器越易产生噪声。从摩擦系数的数值来看，数值越高，发生制动噪声的倾向越大。摩擦材料的表面硬度高，发生制动噪声的倾向也大。制动鼓尺寸对制动噪声的频率有一定影响。一般情况下，制动鼓直径越大，制动噪声频率越低；相反，较小的制动鼓直径，制动噪声频率相对较高。2.制动压力一般来说，在某一制动初速度下，制动压力增加，制动噪声随之增大，但当制动压力超过一定数值后，制动噪声反而降低，甚至完全消失。1.制动噪声的产生机理第二节制动噪声3.制动蹄摩擦片温度一般来说，制动蹄片处于常态温度下(小于150℃)时，易产生制动噪声，超过某一温度后，蹄片摩擦系数降低，制动噪声随之减小或完全消失。下表是BJ121越野车在几种蹄片温度下噪声发生比例。制动噪声不仅与制动蹄片的温度有关，而且与蹄片的热历程有关。如果制动器经连续制动而温度增高再冷却后，摩擦片表面状况发生改变，可能产生塑性变形，使得制动蹄片与鼓在两端接触，制动噪声发生比例会大大增加。1.制动噪声的产生机理第二节制动噪声4.制动初速度在一般情况下，汽车滑动速度在1m/s以下时，易发生制动噪声。随着滑动速度的进一步减小，制动噪声声压级逐渐变大，在停车前瞬间，制动噪声达到最大。图7-2-1中给出了制动初速度对制动噪声的影响。一般在较低的初速度小噪声较高，具体情况还受摩擦衬片性能与温度、时间变化的制约。因此，在实际中，应予以综合考虑。1.制动噪声的产生机理第二节制动噪声5.制动减速度制动减速度既影响制动噪声的大小，又影响制动噪声的频率。制动减速度较高时，发生的制动噪声频率相对较高。在各种车速下进行的空载、满载试验表明，制动减速度增加，则制动噪声发生比例增大，如点制动(减速度0.2~0.5m/s2)时，出现制动噪声与制动次数的比率为32.8%，而轻制动(减速度1.1m/s2)及紧急制动(减速度5.5m/s2)时，该比率分别上升为87.9%和100%。6.使用维护对于一种制动器来说，其设计容量是一定的。如果使用中经常使之超载工作，则单位车重摩擦面积减小，摩擦衬片磨损加快，摩擦片表面发硬、发亮，制动器易产生噪声。如经常超载的客车制动噪声发生比例相当高。另外，维护及更换蹄片时调整不当，蹄与鼓接触不良，也易引起制动噪声。以上分析讨论主要是针对鼓式制动器，对于盘式制动器，上述各因素对制动噪声的影响同鼓式制动器基本一致。但盘式制动器夹钳刚性对低频噪声有较大的影响。2.制动噪声的控制第二节制动噪声1.在制动器设计时，增加制动鼓的刚性，并减小制动蹄的刚性右图是制动鼓的固有频率与制动噪声的关系。随着鼓的固有频率增加，制动噪声逐渐降低。因此，设计制动器时，应增加制动鼓的刚性，以提高鼓的固有频率，减小制动噪声。但应注意到，没有必要无限提高鼓的固有频率，当制动噪声接近环境背景噪声时，鼓的刚性就足够了。还应注意其他限制鼓的固有频率的因素。降低制动蹄的刚性，可使其振动固有频率降低，并改善摩擦衬片与鼓间的压力分布和接触状况，从而降低制动噪声。图7-2-3是降低制动蹄刚性的实例，其中“1”表示在蹄的幅板圆周设槽；而“2”表示在蹄的辐板上开缺口。合理选取鼓和蹄的刚度，可避免装配在一起后由于固有频率接近而加剧制动噪声。图7-2-2制动鼓的固有频率与制动噪声的关系图7-2-3降低制动蹄刚性实例2.制动噪声的控制第二节制动噪声2.增加制动鼓与制动蹄对振动的衰减对制动鼓和制动蹄的结构件采用阻尼措施，可以衰减振动能量，降低噪声辐射。在鼓和蹄的接触部分，如轮缸、支承处配置减振材料，也能衰减振动能量。采用阻尼措施