摘要：汽车质量一个重要的衡量标准是汽车噪声特性，车内噪声环境直接影响着驾乘人员的舒适性，高噪声环境会损害乘车人员听力，影响行驶安全。然而传统噪声控制技术对于发动机激励作用下整车振动产生低频噪声不能实现有效控制。相对被动控制而言，有源噪声控制可以更好地减少车腔内的低频噪声。
关键词：有源噪声控制；精准控制；发动机激励；
一、车内声场仿真分析
1、声学有限元方法理论
声学有限元法是用有限单元将声传播的空气域的空间离散化，根据声学波动方程求解空气域中的声特性。声学方程的频域形式为
（1）
式(1)中，ω是圆频率；k=ω/c=2f/c，是波数；p是声压；ρ0是声学介质。将式(1)进行积分后得到:
（2）
式(2)中，p～为权值函数；V是计算域。根据高斯理论，可以将边界S离散后，可以得到数值形式的方程组:
（3）
式(3)中，Qi是输入的声源向量；Vni是输入的介质质点的速度向量，即速度边界条件；Pi是输入的声压向量，即声压边界条件；Fai是声学激励；Pi是声学单元的节点声压；括号内的短式子是方程矩阵。在声学有限元求解过程中，通过已知声源及相关条件计算声场响应。
2、发动机激励点设定
由于车内噪声在很大程度上是由发动机振动引起的，所以车内噪声特别是在其主要峰值处噪声的频率必然存在着与发动机转速的强相关性。而在发动机参数一定的情况下，转速直接决定了惯性力频率和发火频率，因此可以说车内噪声主要峰值处的频率都是由发动机转速决定的。
车辆在运动时，车轮的形变会引起超过11Hz的持续振动噪声，由路面激励产生的振动反馈到车内平均不高于21Hz，这两种频率往往不会产生共振。只考虑振动是由发动机通过悬置点传递到车身从而引起车内噪声。由于发动机、悬置、悬架上力的载荷是无法直接测量的，所以实验采用刚度法测量，通过悬置刚度和被动端的振动加速度求出力载荷。实验选择4个测试点通过振动加速度传感器采集数据，终端采用基于LMSTestLab软件搭建的数据采集装置。实验过程中由实验人员控制车速进行数据采集，采集完成后将数据导入LMSVirtualLab软件中进行相关载荷力的计算。部分实验数据如表1所示。
在声学模拟实验中，选择激励的产生源为发动机的振动，所以在车身构架网络上设置4个发动机传递激励力的悬置点，包括激励力的数据信号以及悬置点的位置信息，发动机悬置点如图1所示。
表1某国产车实验采集数据
图1发动机悬置激励点
将实验采集数据导入激励点中，仿真软件对耦合声场分布进行计算，结构网络选择整车构架网络，声学选择包络网格，节点数选为4，最大距离设成50mm，设定频域20～200Hz、步长为2Hz。模态阻尼为1%。
3、车腔耦合声场仿真分析
只考虑发动机激振频率，选择频域20～200Hz，其中步长设置为10Hz，耦合声场分布计算完成后选择分析几个特定频率的声压图如图2所示。
如图2所示，在20Hz的发动机激励条件下，声压沿横向变化，车腔内驾驶员和车腔后窗部整体声压较高。最大声压出现在后车窗与后座相交区域。在30Hz的激励条件下车内的声场分布主要表现为横向界面变化，车室前部噪声环境良好，车前部正副驾驶人员双耳边声压较低，车腔中后部声压较高。在50Hz发动机工作激励下车腔声场整体表现为横向变化，车腔声场为垂直于x轴横向面从车前端到后端逐渐变大的变化规律。车内声场呈三段式分布，从前到后车腔内声压逐步增高。在100Hz的发动机激励条件下，车内驾驶员座椅位置声压级略高于副驾驶员的位置。在车腔中部的声压级较低，噪声环境良好。车腔内整体声压较低、声场分布比较均匀。在150Hz的激励条件下，车腔内声压同时沿纵向和横向变化，车室前半空腔部分模型横向和纵向组合构成十字形中面，车内前排座位噪声环境良好，后排座位声压较大。在200Hz激励条件下，车腔内中部声压较高，最大声压出现在车后窗附近。将场点网格与声学网格隐藏后可以看到驾驶元耳旁的声压分布。
二、车内噪声控制方法
对于噪声的控制还可以利用AutoSEA软件，将汽车的设计图纸导入软件中，建立汽车车内结构与声学的3D实体模型，这其实是利用该软件根据统计能量法的原理预示噪声后，再利用其强大的后处理能力，有针对性的提出减振降噪的措施。
1、被动控制法
汽车噪声控制问题研究前期，被动控制法是主要研究方向。它所要解决的途径主要包括三个方面的噪声控制：噪声源辐射隔离、隔绝噪声传播途径、对接收者进行防护。通常可采取以下措施：隔绝传播途径就是利用具有弹性和阻尼的材料来对车身进行隔振，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能，并通过减小乘坐室壁板的孔缝数目和尺寸提高密封性，以削弱气体传声；对接收者进行防护就是戴个人防护耳具。
2、主动控制法
噪声主动控制是近年来逐渐发展起来的一种噪声控制方法，它对低频噪声控制效果较好，此外它还具有对原系统的附加质量小和占用空间小等特点。
基于有源噪声控制（ANC）原理及“反射镜”原理降噪的主动控制法，通俗地说就是“以彼之道还之彼身”，用噪音来消除噪音的新技术。这里有两个技术难点需要去攻克，其一，如何去收集原噪声波形；其二，如何制造出与之相逆的波形。
三、基于噪声控制所提出的问题
在主动控制噪声方法中，有源降噪是新的研究方向，现在的有源降噪只是在较小范围内用于低频噪声，或在较大范围内降低单一声波噪声。也就是说，有源降噪还没有充分发挥出它应有的优势。在此，我提出如下三点主动控制噪声的假设：
其一，减少噪声源的产生。通过对节气门位置传感器的数据分析，在满足基本路状条件下减少气缸工作数量。同时，不同气缸数在工作时产生的噪声肯定是不一样的，那么有必要对主动控制噪声装置进行预设。
其二，利用惠更斯原理扩大降噪范围。目前三维空间有源降噪的研究仍处于实验室阶段，但这也是以后研究过程中的一个方向。
其三，能否通过共振原理将多种声波共振为一种声波后，利用有源消声装置进行消声。
结束语
将改进的同步扰动随机逼近算法应用在控制发动机激励引起的车内噪声具有良好的效果，改进的同步扰动随机逼近算法优越之处在于直接对控制量进行估计，由于控制量的维数是由实际系统需要的控制物理量的个数决定，所以控制维数不高，在实际应用以及控制算法的实现具有很高的可实用性。由仿真实验验证优化后的同步扰动逼近算法对噪声控制具有良好效果。
参考文献:
[1]高刚.重型商用车车内噪声的声源识别与响应分析[D].吉林：吉林大学，2011
[2]赵彤航.基于传递路径分析的汽车车内噪声识别与控制[D].吉林：吉林大学博士学位论文，2008
论文作者:王端涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/4
标签：噪声论文; 声压论文; 噪声控制论文; 车内论文; 发动机论文; 声学论文; 声场论文; 《电力设备》2019年第2期论文;