基于GT-Power某MPV進(jìn)氣噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)

何延剛，張鶴，祝文舉，麻金賀

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

進(jìn)氣噪聲是汽車五大噪聲源之一，非增壓發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣噪聲比機(jī)械噪聲高出5～10dB（A），僅次于排氣噪聲。因此有效地降低進(jìn)氣噪聲對提升整車NVH性能有重大的意義[1]。

進(jìn)氣噪聲主要由進(jìn)氣門的周期性開啟與關(guān)閉形成的壓力脈沖而產(chǎn)生的周期性進(jìn)氣噪聲，以及由高速氣流經(jīng)過進(jìn)氣門流通截面時，產(chǎn)生湍流脫體而引起的中高頻噪聲組成。前者主要集中在低頻，后者主要集中在高頻。

工程上通常采用1/4波長管作用于中高頻，赫耳姆茲共振器作用與低頻，而根據(jù)共振器經(jīng)驗(yàn)公式：

式中，f—需衰減的頻率；

V—共振器體積[2]。

1 問題提出及數(shù)據(jù)分析

某MPV車型放置在良好的路面上，進(jìn)行主管評價(jià)時，能聽到進(jìn)氣系統(tǒng)存在轟鳴聲。以此進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在WOT工況下，采用LMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 發(fā)現(xiàn)2300rpm、2800rpm、3300rpm等附近轉(zhuǎn)速存在明顯的轟鳴聲。通過試驗(yàn)對比不加消聲器時進(jìn)氣口10cm處的最大噪聲約為120dB（A）左右，加全消聲器后進(jìn)氣口噪聲維持在 95dB（A）左右，消聲器效果明顯。因此判斷進(jìn)氣系統(tǒng)消聲量不足，圖1所示。

圖1 WOT進(jìn)氣口噪聲總聲壓級曲線

為了研究進(jìn)氣口噪聲的頻譜特性，對空管進(jìn)氣口噪聲進(jìn)行階次分析和色譜分析，從色譜圖分析可以看出，在2000rpm內(nèi)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)無法確定捕捉，故無法對2000rpm以內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，造成這一結(jié)果的原因可能和該車型的ECU加速標(biāo)定特性油管。在 2000～5000rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，進(jìn)氣口噪聲主要由 2、4階噪聲貢獻(xiàn)，頻率集中在 120～160Hz和250～330Hz這兩個頻率段，如圖2、3所示。

圖2 WOT空管進(jìn)氣口噪聲階次曲線

圖3 WOT空管進(jìn)氣口噪聲色譜圖

圖4 WOT全消進(jìn)氣口噪聲階次曲線

圖5 WOT 全消進(jìn)氣口噪聲色譜圖

對空濾器及空管進(jìn)氣口噪聲進(jìn)行階次分析和色譜分析，從色譜圖對比分析可以看出，空濾器及臟管主要對200Hz以內(nèi)的頻帶進(jìn)行了噪聲消除，但在700Hz還有個共振帶對總聲壓級起主要作用，需要對這個頻帶噪聲進(jìn)行消除。從紅色標(biāo)注可以看出加消聲器后該點(diǎn)噪聲比不加空濾器還大，可能是由空濾器共振產(chǎn)生。故在對700H個共振帶進(jìn)行消除主要考慮從進(jìn)氣口添加共振或四分之一波長管，圖6所示。

圖5 WOT進(jìn)氣口噪聲總聲壓級曲線

2 分析模型建立及分析

本次模型建立應(yīng)用GT-POWER的EnginePerformance and Acoustics模塊，由于無發(fā)動機(jī)模型且為了分析簡單化，因此在噪聲源處以0～500Hz的白噪聲替代[3]如圖6、7所示。

圖6 進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖7 進(jìn)氣系統(tǒng)GT 模型

2.1 進(jìn)氣口噪聲分析

圖8 空管進(jìn)氣口噪聲曲線

不加空濾器及共振腔，對進(jìn)氣口噪聲進(jìn)行仿真分析，并與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較，總聲壓級及2、4階噪聲仿真記過趨勢與測試結(jié)果基本一致，6、8階和測試結(jié)果個別呂品有所出入，圖8、9所示。

圖9 空濾器方案進(jìn)氣口噪聲曲線

加 9.6L空濾器及共振器后，對進(jìn)氣口噪聲進(jìn)行仿真分析，并與空管仿真噪聲進(jìn)行比較，加空濾后平均消聲量為5dB(A),與實(shí)測結(jié)果較為接近，階次噪聲與測試結(jié)果有些出入。

2.2 加波長管方案

由于在 700Hz附近存在共振頻帶有可能是由空濾器產(chǎn)生，所以在臟管上增加1個四分之一波長管來700Hz。假設(shè)波長管1來消除700Hz的共振頻帶，根據(jù)上述理論計(jì)算，在進(jìn)氣溫溫度為40攝氏度的條件下，波長管1的直徑為40mm，長度為 110mm，鑒于氣流對消聲特性的影響，建議先把波長管做成 150mm，根據(jù)實(shí)測情況進(jìn)行現(xiàn)場更改。波長管位置按下圖進(jìn)行安裝，如圖10、11所示。

圖10 進(jìn)氣口噪聲色譜圖

圖11 波長管安裝位置

2.3 加諧振腔方案

由于空濾方案尾管口噪聲較大的主要原因?yàn)?00Hz附近帶有一個共振帶，故可以采用諧振腔來對該頻段進(jìn)行消除。諧振腔安裝位置如下圖所示，可以在這地方安裝2個位置進(jìn)行安裝，如圖12所示：

圖12 諧振腔幾何計(jì)算

根據(jù)理論計(jì)算，對諧振腔尺寸進(jìn)行計(jì)算，在40攝氏度條件下，要求諧振腔短管長度為5mm，直徑為35mm，共振腔容積為1L ，加諧振腔后，共振頻率為320Hz，比理論計(jì)算值高出20Hz，故將諧振腔的長度修改為10mm。如圖13所示。

圖13 諧振腔幾何計(jì)算

3 加擴(kuò)張腔方案

如下圖所示，把v=3.38L的諧振腔拉長替換成V=5.46L的擴(kuò)張腔，該腔室的長度為 300mm。該擴(kuò)張腔的傳遞損失，如下圖14所示。

圖14 擴(kuò)張腔位置及分析

對該方案進(jìn)行尾口噪聲分析，并與原空濾器方案進(jìn)行對比分析，該方案除在2400rpm附近有個波峰外，整體噪聲得到明顯改善，如圖15所示。

圖15 擴(kuò)張腔方案進(jìn)氣口噪聲對比

4 實(shí)物驗(yàn)證及整車測試

為了驗(yàn)證新進(jìn)氣系統(tǒng)與舊進(jìn)氣系統(tǒng)間的差異，分別對兩套進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行了3擋WOT工況車內(nèi)噪聲對比，測試在外場空曠路面進(jìn)行。測試結(jié)果如圖16所示。

圖16 進(jìn)氣系統(tǒng)車內(nèi)噪聲對比

由上圖可知，采用不同進(jìn)氣系統(tǒng)主要對前排乘員有影響，且主要表現(xiàn)為2500rpm附近次噪聲峰值降低；在中排與后排總級上無明顯變化，但噪聲水平在 2200～3000rpm處有明顯降低。

5 結(jié)論

通過CAE對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行分析，對進(jìn)氣系統(tǒng)增加四分之一波長管及擴(kuò)張腔解決了進(jìn)氣系統(tǒng)的轟鳴聲，提高整車的舒適性。此外通過CAE分析可大大提高整改周期與成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 林進(jìn)修,林曉.空氣濾清器與進(jìn)行消聲[J].汽車研究與開發(fā).1996（6）:32-37.

[2] 龐劍,何華.汽車噪聲與振動[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006,203.

[3] 黃進(jìn),楊凱,黃文兵.進(jìn)氣管路長度對進(jìn)氣噪聲的影響.山東:農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程雜志社.2013.05.