汽车噪声控制的发展

清华大学汽车工程系教授 连小珉

 

      从80年代起，汽车工程系就开始了对汽车噪声的研究和分析。当时，我国汽车工业蓬勃发展，但不少车辆的噪声超过了国家标准的允许水平。汽车是个复杂的噪声源，要想降低其噪声，首先要识别出其中主要的噪声源，用通常测声压的声级计是难以做到的，必须用声强测量法，即测出每单位面积辐射的声功率则可以直接识别出主要噪声源。当时，在国际市场上有声强仪出售，但价格昂贵，一套约合十万美元。汽车工程系在1988年起研制适合我国国情的SIMS声强测量系统，采用测量硬件和微机软件相结合的方式，与国外的硬件为主的产品相比，具有通用性，灵活性强，精度高，便于在现场实测，操作方便等优点，而且价格只为国外产品的十分之一。一般来说，用微机处理数据比之专用仪器的实时显示会慢一些，但主研人员连小珉同志创造性地采用了几何平均声压代替算术平均声压，省去两个自谱的计算，大大减少了计算的工作量，从而使微机处理做到了准实时。该系统经中国科学院声学计量测试站的标定，测量精度在一分贝之内。1992年中国汽车工业总公司组织专家鉴定，认为SIMS声强测量系统在功能和精度上已达到了国际先进水平。1993年该项目获国家教委科技进步二等奖。由于该系统能够形象地显示出整个测量面上的等声强线图及其三维分布图，可以明确判断主要噪声源的所在，所以在推广应用中获得良好的声誉，至今已有六个单位购买了该系统，并已为15种汽车及柴油机识别了主要噪声源。采取措施后取得了明显的降噪效果。其中，中国汽车工业总公司下达的国家任务：“降低大型客车整体噪声”效果最为显著，使丹东汽车制造厂的DD6120-H2大客车的车内噪声降低到国际公共交通联盟（UITP）规定的先进水平70dB(A)，此项目于1994年获机械工业部科技进步三等奖。在上述工作基础上，前后在国内外主要刊物及国际会议上发表论文十篇。由蒋孝煜，连小珉两教授合著的“声强测量技术”专著，即将由清华大学出版社出版。

 

    汽车工程系还利用SIMS声强测量系统开发了变速器噪声故障自动诊断专家系统。该系统可以根据某变速器噪声信息，自动诊断出该变速器噪声超标或异常的原因，为产品噪声质量控制及维修提供依据。该专家系统属国内首创，并已为合作工厂验收。

 

      有源消声技术是随着电子技术的发展而兴起的一种降噪方法。其原理是：用电子电声技术拾取噪声信息再发出与之等幅反相的声波，使二者叠加，以抵消原始噪声。有两种有源消声的方案：闭环反馈式及开环反馈式，各有优缺点。汽车工程系创造性地将二者结合，并研制成有源消声耳罩。该耳罩的消声带宽为30－2000Hz。对低频窄带噪声的总消声量可达20dB，而且在消声的同时还可以通讯。这种有源消声耳罩噪声大的室内的实验人员以及坦克，飞机驾驶员等是很有价值的，现已提供给航空部门的头盔厂，并获得国家专利。

 

      汽车噪声在行驶和不行驶时有较大的区别，在高速行驶中，除发动机噪声受行驶的转速负载影响外，汽车还会增加轮胎噪声，空气动力学噪声，这些噪声源都是难于测量的。现在汽车工程系在国家自然科学基金项目的支持下已研究完成了能识别汽车运动噪声的理论和技术，用声全息法识别汽车运动噪声源。它可以在汽车以正常车速（如100km/hr）行驶通过时，测量汽车表面的噪声场分布，从而为研究汽车运动噪声提供了有力的科学工具和手段，这是别的测量手段难以做到的，这项技术填补了国内解决这方面问题的空白。