商用輕卡進(jìn)氣系統(tǒng)NVH問題研究及解決方案

高玉娥 李恒 張也可 張朝陽(yáng)

摘要：隨著商用車領(lǐng)域國(guó)Ⅵ車型升級(jí)換代，卡車車企對(duì)于NVH性能也逐漸加大關(guān)注與研發(fā)投入。本文基于某輕卡進(jìn)氣系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析診斷車內(nèi)加速轟鳴聲問題，最終通過進(jìn)氣道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)管口噪聲及車內(nèi)噪聲的抑制。首先，研究了現(xiàn)有進(jìn)氣道裝車件的傳遞損失特性，分析判斷現(xiàn)有件的實(shí)際NVH消聲性能。其次，通過整車道路試驗(yàn)獲得加速工況車內(nèi)噪聲特性，分析轟鳴聲的主要貢獻(xiàn)成分，并建立優(yōu)化目標(biāo)與解決方案。最后，優(yōu)化進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)，針對(duì)性設(shè)計(jì)了消聲頻率為100Hz、180Hz、以及245Hz的諧振腔結(jié)構(gòu)，并于整車完成路試驗(yàn)證，優(yōu)化后的進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)能有效降低進(jìn)氣口、車內(nèi)245Hz成分，且將二階發(fā)火階次100Hz成分控制在較低水平，改善了車內(nèi)駕乘舒適性。

關(guān)鍵詞：輕卡;進(jìn)氣道;NVH;轟鳴聲

0 ?引言

NVH性能作為舒適性衡量的標(biāo)準(zhǔn)之一，目前各大車企對(duì)整車振動(dòng)噪聲水平的控制研究都有強(qiáng)大的投入。相較于傳統(tǒng)動(dòng)力性、排放性等法規(guī)要求，NVH性能指標(biāo)也逐漸被廣泛采納，作為汽車開發(fā)過程中重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)之一。

乘用車領(lǐng)域?qū)τ谡嚰傲悴考﨨VH性能的開發(fā)已經(jīng)處于相對(duì)成熟、普遍的階段，而商用車領(lǐng)域，尤其是針對(duì)整車搭載附件的NVH開發(fā)，仍處于相對(duì)滯后的水平。進(jìn)氣系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣供給系統(tǒng)，其NVH性能將直接影響整車NVH水平，甚至影響車內(nèi)駕乘舒適性，從而影響整車在市場(chǎng)的接受度，最終影響產(chǎn)品的銷量。商用車領(lǐng)域進(jìn)氣系統(tǒng)NVH開發(fā)，目前處于逐漸被關(guān)注的起始階段，業(yè)內(nèi)相關(guān)的文獻(xiàn)及論著相對(duì)較少，但針對(duì)進(jìn)氣管路系統(tǒng)NVH的開發(fā)基礎(chǔ)以及結(jié)構(gòu)應(yīng)用，完全可以借鑒乘用車領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)，當(dāng)然需要考慮商用車的實(shí)際整車布置、生產(chǎn)工藝、制造模具等工程要求。

本文基于某國(guó)Ⅵ商用輕卡進(jìn)氣系統(tǒng)為研究對(duì)象，依據(jù)整車道路試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的加速轟鳴聲問題，通過進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)開發(fā)，改善并抑制進(jìn)氣管口輻射噪聲成分，從而提高加速工況車內(nèi)駕乘舒適性水平。

1 ?現(xiàn)有裝車進(jìn)氣系統(tǒng)

圖1所示為國(guó)內(nèi)某自主品牌商用輕卡車搭載的進(jìn)氣道系統(tǒng)模型，由于其主要功能為吸入新鮮空氣，而且通常布置于駕駛室后端較高位置，因此業(yè)內(nèi)被稱為“高位取氣管”。商用卡車的進(jìn)氣道，除了空氣吸入供給功能以外，常常還需要防水防塵、氣道粗濾、水分離等功能，這些功能本文將不作贅述。最為重要的NVH性能，在商用車進(jìn)氣系統(tǒng)開發(fā)時(shí)也通常將消聲結(jié)構(gòu)集成于進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)，主要原因有以下幾方面：①前期系統(tǒng)開發(fā)時(shí)未正向考慮進(jìn)氣系統(tǒng)的NVH性能開發(fā);②空濾零部件的模具成本較高，進(jìn)氣道模具成本相對(duì)較低;③商用車企對(duì)于系統(tǒng)零件數(shù)量追求較高，普遍不愿接受額外增加消聲器結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)階段除空濾本體外，商用車進(jìn)氣系統(tǒng)含有針對(duì)性NVH設(shè)計(jì)的部件，基本就只有進(jìn)氣道了。

傳遞損失（TL：Transmission Loss）直接反映消聲元件的聲學(xué)特性，通常用于評(píng)價(jià)元件/系統(tǒng)的消聲性能，業(yè)內(nèi)常用兩負(fù)載法進(jìn)行測(cè)量。圖2所示即為該輕卡進(jìn)氣道單體的傳遞損失結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)集成的三個(gè)諧振腔的主要消聲頻率分別為85Hz、465Hz、1000Hz，700Hz附近峰值以及800Hz以上頻段的多個(gè)峰值主要系諧振腔主消頻率的高諧次消聲作用。

2 ?進(jìn)氣加速轟鳴問題

2.1 整車試驗(yàn)與測(cè)點(diǎn)布置

整車試驗(yàn)于內(nèi)部專門的試車道進(jìn)行，路面平坦無明顯障礙物，能夠基本保證每次試驗(yàn)工況的整體一致性。試驗(yàn)工況為變速箱三擋，整車WOT（Wide Open Throttle節(jié)氣門全開工況）加速行駛。試驗(yàn)中通過機(jī)體振動(dòng)加速度信號(hào)提取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，共布置兩個(gè)傳聲器，分別于進(jìn)氣管口45°，距離10cm，以及車內(nèi)主駕右耳位置。其中進(jìn)氣管口測(cè)點(diǎn)，為避免行駛過程中氣流對(duì)傳聲器壓電薄膜的影響，采用了專業(yè)風(fēng)球/防風(fēng)罩結(jié)構(gòu)，保證測(cè)試信號(hào)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)時(shí)采樣頻率設(shè)為25600Hz，據(jù)奈奎斯特定律，最高分析頻率可達(dá)12800Hz，滿足進(jìn)氣系統(tǒng)NVH測(cè)試需求。提取發(fā)動(dòng)機(jī)1000-5000r/min轉(zhuǎn)速段的時(shí)域信號(hào)，用于后期傅里葉變換形成時(shí)頻分析譜。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與噪聲診斷

圖4所示即為三擋全油門加速工況，車內(nèi)、進(jìn)氣噪聲的頻譜結(jié)果，由于該輕卡為自然吸氣型發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)合自吸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲特性及車內(nèi)主觀評(píng)價(jià)，選擇分析頻率上限為1500Hz，頻率分辨率為2Hz。車內(nèi)245Hz附近存在較明顯的共振成分，與進(jìn)氣口噪聲相一致，且車內(nèi)主觀表現(xiàn)為氣動(dòng)噪聲轟鳴。同時(shí)進(jìn)氣口600-700Hz寬頻氣流噪聲對(duì)車內(nèi)高轉(zhuǎn)速段有一定的影響。除此以外，進(jìn)氣口180Hz附近中低轉(zhuǎn)速段存在一定的共振，但與車內(nèi)噪聲不相對(duì)應(yīng)。因此，主要針對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)245Hz進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，兼顧600-700Hz寬頻聲學(xué)性能，同時(shí)針對(duì)進(jìn)氣口180Hz設(shè)計(jì)消聲，分析對(duì)車內(nèi)的實(shí)際影響。（圖4）

3 ?方案優(yōu)化與性能驗(yàn)證

3.1 進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)前期的整車路試NVH摸底試驗(yàn)與處理分析，優(yōu)化目的在于180Hz、245Hz頻率的聲學(xué)性能優(yōu)化，同時(shí)低頻100Hz附近針對(duì)2階成分的消聲性能，優(yōu)化后的輕卡進(jìn)氣道模型如圖5所示。

圖6所示為該輕卡優(yōu)化后進(jìn)氣道單體的TL試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)諧振腔（1～3#）的主要消聲頻率依次為245Hz、100Hz、180Hz，消聲性能試驗(yàn)結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。三個(gè)諧振腔針對(duì)主要消聲頻率處的TL幅值分別可達(dá)12dB@100Hz、30dB@180Hz、40dB@245Hz。

3.2 進(jìn)氣道裝車試驗(yàn)驗(yàn)證

將優(yōu)化后的進(jìn)氣道裝車固定后，進(jìn)行如2.1所述整車道路試驗(yàn)，相應(yīng)工況與原狀態(tài)試驗(yàn)時(shí)保持一致。圖7所示即為搭載優(yōu)化后進(jìn)氣道的進(jìn)氣管口及車內(nèi)噪聲頻譜。采用主客觀相結(jié)合的方法分析車內(nèi)轟鳴聲的改善效果，進(jìn)氣管口近場(chǎng)245Hz處“共振”成分均已消失，表現(xiàn)為車內(nèi)加速工況轟鳴聲，略帶有一定的粗糙感。600-700Hz頻段高轉(zhuǎn)速氣流噪聲得到有效衰減，且車內(nèi)發(fā)火成分2階噪聲80Hz處均有較明顯控制，體現(xiàn)在車內(nèi)主觀聲學(xué)評(píng)價(jià)，為加速時(shí)轟鳴聲被有效抑制，車內(nèi)駕乘舒適性得到提升。進(jìn)氣口噪聲表現(xiàn)出的180Hz、320Hz對(duì)車內(nèi)貢獻(xiàn)較低，但180Hz成分針對(duì)中低轉(zhuǎn)速段車內(nèi)主觀駕乘感有輕微的作用，因此綜合考慮可保留該諧振腔結(jié)構(gòu)。

4 ?結(jié)論

以某輕卡加速工況車內(nèi)轟鳴聲異響為研究對(duì)象，對(duì)現(xiàn)有進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，進(jìn)行針對(duì)性NVH設(shè)計(jì)，驗(yàn)證進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲對(duì)車內(nèi)轟鳴聲的貢獻(xiàn)以及進(jìn)氣道優(yōu)化方案的實(shí)際改善效果。

①進(jìn)氣管口輻射系車內(nèi)加速轟鳴聲的主要噪聲源及傳遞路徑。

②優(yōu)化改進(jìn)的進(jìn)氣道，有效抑制了245Hz共振成分的產(chǎn)生，且該成分為車內(nèi)主觀轟鳴聲的最主要貢獻(xiàn)成分。

③進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)對(duì)通過245Hz噪聲產(chǎn)生的根本機(jī)理，有待后續(xù)進(jìn)一步深入研究。

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收稿日期：2020-05-08。

作者簡(jiǎn)介：高玉娥，女，新疆伊犁人，工學(xué)學(xué)士，從事進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作;李恒（通訊作者），男，浙江蘭溪人，工學(xué)博士，從事發(fā)動(dòng)機(jī)CAE設(shè)計(jì)及進(jìn)、排氣系統(tǒng)噪聲研究;張也可，女，安徽宿州人，工學(xué)碩士，從事進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作;張朝陽(yáng)，男，山東濟(jì)寧人，工學(xué)學(xué)士，從事進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。