随着国内汽车消费市场逐渐成熟,用户对车辆NVH性能越来越关注,汽车主机厂也不断投入研发力量提升整车NVH性能,然而在车内低频噪声控制方面仍未取得令人满意的效果。究其原因,一方面,汽车底盘结构较为复杂,涉及发动机、传动系统、悬架系统等,低频噪声能量激励源与结构传递路径丰富,影响因素众多,导致车内低频噪声的产生机理不清晰,阻碍了在结构传递路径上对低频噪声的有效治理;另一方面,传统结构优化设计降噪、附加阻尼材料抑振及主动噪声控制均存在使用的局限性,无法完全满足车内低频噪声的抑制,当低频噪声传递至车内,吸隔声等常用工程手段更无法有效进行吸收或阻隔。声学超材料的出现,以其优越的低频声学带隙特性,为车内低频噪声控制提供了新的思路,然而现有声学超材料结构多应用于规则结构环境或单一声源情况,如何在汽车这种复杂的多系统集成应用仍面临巨大挑战。为使声学超材料结构能够应用于汽车实现车内低频降噪,从车内低频噪声产生机理、控制方法及车用声学超材料结构设计三方面开展研究,研究中具体取得的主要成果总结如下:（1）基于行波法解析了车内低频噪声传播机理。为剖析车内低频噪声问题产生机理,基于行波的叠加和传播特性,构建汽车车内低频噪声机理分析方法。以国内市场某主流微车为研究对象,针对其在加速过程中,车内产生的严重低频轰鸣声问题,通过试验分析及理论计算研究发现:扭转振动能量从发动机内向外传播,陆续经过传动系、后悬架系统、车身及车内声腔系统,受各系统的传递特性影响,在系统中传播的声振能量完成了数次能量分布变换,最终传至车内,引致低频噪声问题。据此建立基于行波法的车内低频噪声问题量化机理模型,明确了声振能量从声源传递至车内引致车内低频噪声主要路径,解析了主要路径中“全流域”声振能量传递特性变化。通过量化模型计算分析结果与车内噪声测试结果对比,验证了车内低频噪声量化机理模型的正确性。根据车内低频噪声量化机理模型,通过驱动轴扭转刚度优化、后悬架螺旋弹簧刚度优化、顶棚敷设阻尼、顶棚增加加强筋及车身钣金局部增加质量等传统手段对车内低频噪声问题进行治理,发现传统结构优化设计、附加阻尼材料等方法在车内低频噪声控制中存在一定局限性,面对频率低、能量幅值高的车内噪声问题无法达到实际的理想效果,需进一步探索和研究适用于车内低频噪声问题的控制方法。（2）提出了广义声子晶胞离散模型及车辆声学超材料结构低频带隙设计方法。现有声学超材料的低频带隙特性研究多在规则结构中开展,为将声学超材料应用于汽车这种复杂的多系统集成中,将声子晶胞由规则排布结构向不规则的车辆系统结构推广,通过对车辆系统的声子晶胞化离散建模,将汽车中系统结构离散为由众多广义声子晶胞构成的理论模型。引入晶格与能带理论,结合弹性动力学理论和振动及声学理论,推导了车辆系统结构的弹性波带隙计算方法,建立了声学超材料带隙特性与车辆结构中声振能量传递特性的关联。以汽车传动轴系为研究对象,通过对轴系的广义声子晶胞离散建模,推导了传动轴系中扭转波带隙特性计算方法,并探讨了有序化离散建模对该方法计算效率与精度提升。基于传动轴带隙特性计算方法,分析了传统轴系中扭转振动波的传递特性,发现在空间限制下,传统轴系结构中抑制低频扭转振动波传递十分困难。为解决该问题,通过设计局域共振声学超材料结构单元,利用其低频带隙特性,仅依靠小尺寸结构,便在轴系中实现了低频扭转波禁带,为汽车动力传动系低频扭转振动控制及车内低频噪声控制提供了一种新方法。在传动轴带隙特性计算方法基础上,进一步推导了轴系中局域共振声学超材料单元带隙特性的计算方法,为基于局域共振声子带隙的车内低频噪声控制提供了必要的理论支持,指导声学超材料在汽车上的低频降噪设计及应用。（3）设计了传动轴系局域共振型声学超材料结构,实现了汽车传动系低频降噪。传动系中扭转振动波的传播是引致微车车内低频轰鸣声问题的主要原因之一。为有效设计局域共振型扭转减振器以阻隔传动系中低频扭转振动波传递,建立了扭转减振器的等效动力学模型。通过研究发现,局域共振型扭转减振器在特定频率范围内呈现动态等效负质量密度特性,该频段即对应扭转减振器带隙。基于局域共振声子带隙理论,研究扭转减振器的局域共振特性及其动态等效参数。在此基础上,建立了扭转减振器局域共振带隙的设计方法,并分析了带隙随几何结构参数或材料特性参数改变的变化规律。进而通过在汽车传动轴系上引入局域共振型扭转减振器并进行带隙设计,实现微车车内低频降噪。（4）研发设计了车用轻质低频降噪声学超材料板。为探索适用于汽车车内低频降噪的声学超材料新结构,提出了可贴敷于车身钣金的局域共振声学超材料薄板设计方案。通过建立声学超材料板晶胞等效动力学模型,研究了该晶胞结构在特定频率下呈现动态等效负质量密度的特性,并推导了局域共振声学超材料板的低频弯曲波带隙设计计算方法。在实验室环境下,设计加工局域共振声学超材料薄板样件,通过测试敷设样件后钢板的振动传递特性,验证了局域共振声学超材料板带隙设计的有效性,并证实,通过改变声学超材料板的结构设计参数、材料参数可以实现不同频段带隙特性,以对不同频率的低频弯曲波进行控制。基于带隙设计计算方法,研究了几何设计参数及材料参数对局域共振声学超材料板带隙的影响规律,为局域共振声学超材料板的设计、应用提供有效理论支持。应用所设计的局域共振声学超材料薄板,在3款不同车型上,实现了对车内低频噪声的有效控制:（1）将超材料薄板敷设于某商用车驾驶室顶棚,有效抑制了顶棚低频振动传播,降低了36Hz附近车内低频噪声;（2）将超材料薄板安装于某传统动力SUV尾门内侧,实现了该SUV加速及匀速过程中34Hz左右车内低频有效降噪,将车内低频噪声主观感受由非常不满意状态,提升至基本满意状态;（3）将超材料薄板贴敷于某新能源SUV尾门,对该SUV在粗糙路面行驶时的车内低频噪声问题进行了有效治理。此外,在应用中,还对比了局域共振声学超材料薄板与传统阻尼板的降噪效果,发现在敷设面积相当、重量轻于传统阻尼板的情况下,局域共振声学超材料板仍能实现明显优于传统阻尼板的低频降噪效果,展现了局域共振声学超材料板重量轻、低频性能优越、带隙及形状可设计性强、环境可靠性高等优点,具有广泛应用于汽车低频降噪的潜力。