某輕型客車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲改進(jìn)

竇海燕 郭玉祥

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司）

某輕型客車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲改進(jìn)

竇海燕 郭玉祥

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司）

針對(duì)某輕型客車(chē)噪聲評(píng)估過(guò)程中車(chē)內(nèi)噪聲水平未達(dá)到目標(biāo)樣車(chē)水平的問(wèn)題進(jìn)行研究。根據(jù)該車(chē)整車(chē)及進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲測(cè)試結(jié)果改進(jìn)空氣濾清器結(jié)構(gòu)，在其殼體內(nèi)部增加加強(qiáng)筋以提高殼體剛度。進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化后，整車(chē)怠速工況下50 Hz的峰值頻率下降2 dB，總聲壓級(jí)也降低2 dB；全油門(mén)加速工況時(shí)，2 100 r/min處噪聲峰值消除；全油門(mén)加速工況和勻速工況時(shí)車(chē)內(nèi)轟鳴聲降低。

1 問(wèn)題來(lái)源

進(jìn)氣系統(tǒng)的主要功用是盡可能多和盡可能均勻的向發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)氣缸提供可燃混合氣體或純凈的空氣?？諝鉃V清器是進(jìn)氣系統(tǒng)必不可少的元件，其主要功用是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸，同時(shí)也是降低進(jìn)氣噪聲的主要元件。

在某輕型客車(chē)噪聲評(píng)估過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其車(chē)內(nèi)噪聲水平較高，進(jìn)氣口噪聲較為明顯。

2 原因分析

2.1 整車(chē)噪聲測(cè)試

對(duì)整車(chē)進(jìn)行噪聲測(cè)試分析，即進(jìn)行怠速工況、勻速工況、全油門(mén)加速（WOT）工況車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲測(cè)試。得到駕駛員右耳處振動(dòng)噪聲如圖1所示，3擋WOT工況車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)如圖2所示?？芍?，怠速工況與勻速工況車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲水平均高于目標(biāo)值，怠速工況振動(dòng)較大，駕駛員和后排噪聲偏高；勻速工況車(chē)內(nèi)噪聲水平偏高，尤其是駕駛員與后排乘員位置處；WOT工況則存在較明顯的共振影響。

怠速工況車(chē)內(nèi)噪聲如圖3所示。通過(guò)對(duì)噪聲水平測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，車(chē)內(nèi)噪聲水平較高，怠速工況時(shí)噪聲峰值主要分布為發(fā)動(dòng)機(jī)2、4階激勵(lì)，100 Hz頻段，250 Hz頻段及高頻噪聲；勻速工況車(chē)內(nèi)整體噪聲水平較高，主要峰值貢獻(xiàn)來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)2階激勵(lì)及200 Hz～250 Hz范圍內(nèi)多個(gè)峰值頻率；WOT工況時(shí)車(chē)內(nèi)存在多處轟鳴聲，如在1 400 r/min、2 100 r/min及2 600～3 200 r/min處的多個(gè)噪聲峰值；怠速工況下的振動(dòng)水平也相對(duì)較高，主要表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的2階激勵(lì)。

2.2 進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲測(cè)試

根據(jù)整車(chē)噪聲測(cè)試，針對(duì)不同工況時(shí)問(wèn)題進(jìn)行分析，找出進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)整車(chē)噪聲影響的主要原因。

由圖2和圖3可以看出，怠速工況中50 Hz中心頻率的噪聲占主要貢獻(xiàn)，其對(duì)應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的4階激勵(lì)；WOT工況2 100 r/min時(shí)也存在轟鳴聲，其同樣對(duì)應(yīng)4階激勵(lì)；駕駛員位置噪聲明顯高于其它兩排乘員處，且呈現(xiàn)出中間高兩側(cè)低的趨勢(shì)，50 Hz頻率處存在較大峰值，進(jìn)氣口處噪聲較為明顯。

3 方案實(shí)施

進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)整車(chē)噪聲的影響主要來(lái)自于空氣濾清器殼體的振動(dòng)及聲輻射?？諝鉃V清器殼體在55 Hz附近的共振產(chǎn)生了兩種激勵(lì)源，一種是激勵(lì)與之相連的車(chē)身壁板，進(jìn)而激勵(lì)車(chē)身空腔模態(tài)；另一種是直接通過(guò)空氣濾清器殼體低頻的聲輻射激發(fā)車(chē)內(nèi)空腔模態(tài)，從而引起車(chē)內(nèi)怠速工況時(shí)50 Hz頻率下非常高的噪聲峰值。

3.1 空氣濾清器的傳遞損失分析

帶濾芯的空氣濾清器在聲學(xué)方面分析較為復(fù)雜，為了便于分析，在不考慮濾芯的情況下把空氣濾清器看成單節(jié)擴(kuò)張式消聲器。擴(kuò)張式消聲器是抗性消聲器最常用的結(jié)構(gòu)形式，是依據(jù)管道中聲波在截面突變（擴(kuò)大或縮小）處發(fā)生反射而衰減噪聲的原理設(shè)計(jì)的。擴(kuò)張式消聲器是由一個(gè)主要的腔室和兩邊與之相連接的管道組成，其最基本的形式如圖4所示。

進(jìn)氣管道截面積S1和出氣管道截面積S3比擴(kuò)張腔的截面積S2要小些。由于截面積變化，聲阻抗也隨之變化，當(dāng)入射波到達(dá)擴(kuò)張腔后，一部分聲能量被反射回進(jìn)氣管，從而消耗聲能以達(dá)到消聲效果。根據(jù)消聲器傳遞損失的定義，單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的傳遞損失為：

式中，m=D2/d2為圓柱形管道的擴(kuò)張比，其中D和d分別是擴(kuò)張腔的直徑和管道的直徑。

當(dāng)kL=nπ（n=0，1，2……）時(shí)，TL=0，即聲波無(wú)衰減直接通過(guò)，傳遞損失降為零，這是單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的最大缺點(diǎn)。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，傳遞損失定義為消聲器進(jìn)口端入射聲功率W1和出口端聲功率W2比值的常用對(duì)數(shù)乘以10，即為消聲器進(jìn)口端和出口端的聲功率級(jí)之差值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

通常所稱(chēng)的消聲量一般均指?jìng)鬟f損失。在消聲器進(jìn)口端與出口端的通道截面相同時(shí)，聲壓沿截面近似均勻分布，這時(shí)傳遞損失等于消聲器進(jìn)口端與出口端的聲壓級(jí)之差，其關(guān)系式為：

因此，選用合適的空氣濾清器擴(kuò)張腔和進(jìn)出氣管道直徑，對(duì)于降低進(jìn)氣噪聲有十分重要的意義。在設(shè)計(jì)階段，用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)空氣濾清器的傳遞損失進(jìn)行仿真計(jì)算，可以對(duì)空氣濾清器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 CAE仿真

對(duì)空濾器進(jìn)行CAE仿真分析如圖5所示。其中，圖5a網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)量為213 580，元素總數(shù)為550 571，邊界層數(shù)為4層，層厚度2.2 mm；簡(jiǎn)化流場(chǎng)分析結(jié)果如圖5b。

3.3 實(shí)車(chē)排查

通過(guò)分別在進(jìn)氣系統(tǒng)臟口和凈口接大消聲器及斷開(kāi)空氣濾清器殼體連接等方法，對(duì)空氣濾清器殼體動(dòng)剛度進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)其存在與峰值頻率相對(duì)應(yīng)的模態(tài)，最終確認(rèn)為是空氣濾清器殼體共振產(chǎn)生的殼體輻射噪聲，進(jìn)而引起車(chē)內(nèi)在怠速和WOT工況時(shí)的峰值噪聲。

通過(guò)分析空氣濾清器存在的問(wèn)題，主要改進(jìn)目的是提高其殼體剛度，以避開(kāi)空氣濾清器殼體與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)相耦合的頻率。通過(guò)對(duì)空氣濾清器增加加強(qiáng)筋架構(gòu)，提高其殼體剛度，避免共振產(chǎn)生殼體輻射噪聲。

3.4 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的CAE仿真分析

圖6和圖7為改進(jìn)后的空氣濾清器CAE分析結(jié)果。可知，改進(jìn)后的強(qiáng)度和模態(tài)均滿(mǎn)足設(shè)定要求。

3.5 實(shí)物驗(yàn)證

圖8為空氣濾清器殼體進(jìn)行加強(qiáng)后的實(shí)物。

空氣濾清器殼體加強(qiáng)后，車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果如圖9和圖10所示。

由圖9和圖10可知，整車(chē)怠速工況下50 Hz的峰值頻率下降2 dB，總聲壓級(jí)也降低2 dB；WOT工況時(shí)，2 100 r/min處的噪聲峰值消除。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在空氣濾清器殼體內(nèi)部增加加強(qiáng)筋，提高空氣濾清器殼體剛度，有效降低了進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲。提高空氣濾清器殼體剛度后，整車(chē)怠速工況下50 Hz的峰值頻率下降2 dB，總聲壓級(jí)也降低2 dB；WOT工況時(shí)，2 100 r/min處的噪聲峰值消除；降低了WOT工況及勻速工況時(shí)車(chē)內(nèi)轟鳴聲。

1 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造（第4版）.北京：人民交通出版社，2002.

2 楊文亮.某車(chē)型進(jìn)氣系統(tǒng)降噪改進(jìn).公路與汽運(yùn)，2012（1）：6～8.

3 趙要珍.進(jìn)氣噪聲源提取和空氣濾清器聲學(xué)性能優(yōu)化.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）:1003～1008.

4 馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

5 黃其柏.工程噪聲控制學(xué).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

6 龐劍.汽車(chē)噪聲與振動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

（責(zé)任編輯晨 曦）

修改稿收到日期為2015年1月1日。

Noise Optimization of Intake Air System of a Light Bus

Dou Haiyan,Guo Yuxiang
（Anhui Jianghuai Automobile Technology Center）

Noise evaluation of a light bus shows that interior noise level of the bus fails to achieve level of the target prototype.According to vehicle and intake air noise test results,air filter structure is modified by adding reinforced rib inside the filter housing to increase stiffness.After the intake air system is optimized,noise level at 50 Hz peak frequency is reduced by 2 dB in idling,and total sound pressure level is also reduced by 2 dB;whereas in acceleration with the throttle fully open,noise peak value at 2 100 r/min is eliminated,and interior booming noise decreases in acceleration with the throttle fully open and constant speed driving.

Light bus,Intake air system,Noise，Air filter

輕型客車(chē) 進(jìn)氣系統(tǒng) 噪聲 空氣濾清器

U467.2+2

A

1000-3703（2015）09-0045-03