楊晉，張現(xiàn)杰，夏云峰

（奇瑞汽車股份有限公司汽車研發(fā)總院，安徽蕪湖241006）

汽車進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)研究

楊晉，張現(xiàn)杰，夏云峰

（奇瑞汽車股份有限公司汽車研發(fā)總院，安徽蕪湖241006）

針對(duì)某車型進(jìn)氣系統(tǒng)諧振腔沒發(fā)揮作用這一實(shí)際問題，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)模態(tài)試驗(yàn)與CAE仿真分析，掌握了進(jìn)氣系統(tǒng)聲腔模態(tài)特性，找出了問題根源，并優(yōu)化了進(jìn)氣系統(tǒng)的諧振腔位置，消除了進(jìn)氣系統(tǒng)引起的車內(nèi)轟鳴問題。

NVH；進(jìn)氣系統(tǒng)；諧振腔；轟鳴聲

0 引言

汽車進(jìn)氣系統(tǒng)是整車NVH性能開發(fā)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象之一，通過合理的設(shè)計(jì)、布置聲學(xué)消聲元件 （諧振腔與四分之一波長(zhǎng)管等），可以有效優(yōu)化與進(jìn)氣系統(tǒng)相關(guān)的聲音幅值和品質(zhì)，為用戶提供滿意的整車聲學(xué)環(huán)境。

常用的評(píng)價(jià)進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)特性的指標(biāo)之一為傳遞損失，影響傳遞損失的主要因素是進(jìn)氣系統(tǒng)的聲學(xué)模態(tài)，了解了系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)特性可以合理布置聲學(xué)消聲元件。文中介紹了如何利用試驗(yàn)和仿真手段獲取進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)，根據(jù)模態(tài)振型優(yōu)化某車型進(jìn)氣系統(tǒng)諧振腔位置，解決進(jìn)氣口和車內(nèi)轟鳴聲問題。

1 進(jìn)氣噪聲問題描述

某車型在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)在急加速工況乘員艙在2 100 r／min附近有轟鳴聲，嚴(yán)重影響車內(nèi)舒適性。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣系統(tǒng)引氣口噪聲在同樣條件下有一峰值 （見圖1），分析為四階噪聲，峰值頻率在70 Hz附近。為解決這一問題，在進(jìn)氣系統(tǒng)引氣管設(shè)計(jì)安裝一諧振頻率為70 Hz的諧振腔 （見圖2），實(shí)際裝車驗(yàn)證問題并未改善。初步判斷諧振腔放置位置不合理。

2 進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)試驗(yàn)

為選擇諧振腔放置最佳位置，開展了進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)原理圖如圖3所示，揚(yáng)聲器為激勵(lì)源，激勵(lì)信號(hào)為白噪聲，P0—P4為傳聲器，用于測(cè)量聲壓信號(hào)。

模態(tài) “振型”從傳遞函數(shù)的峰值得到，絕對(duì)值取決于參考麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的位置。模態(tài) “振型”是用各點(diǎn)共振峰值與最大值比值得到的。

確定各點(diǎn)的峰值和相位，各點(diǎn)的峰值除以最大值進(jìn)行歸一化。相位是以峰值點(diǎn)的相位為基準(zhǔn)的差。則模態(tài) “振型”就可以用歸一化后的幅值乘以調(diào)整后的相位余弦計(jì)算。模態(tài) “振型” ψin：

其中：fn為第n個(gè)模態(tài)頻率，m為幅值最大值位置，Ai（fn）為第n個(gè)模態(tài) i位置幅值，Am（fn）為第 n個(gè)模態(tài)最大幅值，φi（fn）為第n個(gè)模態(tài)i位置相位，φm（fn）為第n個(gè)模態(tài)幅值最大位置相位。根據(jù)式 （1）進(jìn)行 “振型”計(jì)算的結(jié)果見表1。

表1 進(jìn)氣系統(tǒng)模態(tài)測(cè)量結(jié)果

3 進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)仿真

在開展試驗(yàn)的同時(shí)，作者也進(jìn)行了進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)仿真計(jì)算。分析中用長(zhǎng)度和直徑相同的直管代替進(jìn)氣歧管間管道（“凈管”）。進(jìn)氣引管長(zhǎng)度利用開口直管長(zhǎng)度修正方法進(jìn)行修正，見公式 （3），圖5為修正原理示意圖。

對(duì)于一端開口一端封閉的管道［1］（圖5），其固有頻率為：

其中：c為聲速，n為模態(tài)階次。其計(jì)算長(zhǎng)度L′是實(shí)際管道長(zhǎng)度L加上等效延長(zhǎng)管長(zhǎng)度ΔL＝0.6r，即：

圖6是進(jìn)氣系統(tǒng)聲腔有限元模型，圖7是前4階聲學(xué)模態(tài)結(jié)果。

試驗(yàn)結(jié)果同仿真分析結(jié)果的模態(tài) “振型”一致，但頻率結(jié)果有差別。對(duì)于第四階模態(tài) （仿真中258 Hz的模態(tài)），試驗(yàn)未檢測(cè)到。這一階模態(tài)是進(jìn)氣歧管的 “橫向”模態(tài)，受麥克風(fēng)布置的影響無法檢測(cè)到，此模態(tài)對(duì)于改善進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)意義不大，這一差別可以忽略。模態(tài)頻率的差別是因?yàn)槟Ｐ托拚粶?zhǔn)確或受試驗(yàn)時(shí)環(huán)境條件的影響。

4 問題分析和解決

從試驗(yàn)和仿真結(jié)果看，該車型轟鳴聲峰值對(duì)應(yīng)的是試驗(yàn)結(jié)果的76.7 Hz模態(tài)和仿真的69 Hz模態(tài)。兩個(gè)模態(tài)振型的極值點(diǎn)在空濾附近，引氣口為結(jié)點(diǎn)。原設(shè)計(jì)方案中諧振腔接近引氣口，使諧振腔無法充分發(fā)揮作用，試驗(yàn)中將諧振腔位置移至空濾附近，進(jìn)氣系統(tǒng)76.7 Hz的聲學(xué)模態(tài)發(fā)生明顯偏移。將改變諧振腔位置的進(jìn)氣系統(tǒng)裝車驗(yàn)證，引氣管口噪聲改進(jìn)效果見圖8所示。

5 結(jié)論

在進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)模態(tài)進(jìn)行分析，在其 “位移”最大 （即模態(tài)振型極點(diǎn)）的地方布置消聲元件，即赫姆霍茲諧振腔或四分之一波長(zhǎng)管，可以充分發(fā)揮消聲元件作用，有效改善進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲。

【1】龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)－理論與應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006：189－195.

【2】杜功煥，朱哲民，龔秀芬.聲學(xué)基礎(chǔ)［M］.南京：南京大學(xué)出版社，2001：254－259.

【3】Lu Ming-Hung，Jen Ming Une.Intake／Exhaust Noise Reduction with Rig Test Optimization-Case Studies［R］.SAE，1999：1－8.

【4】Shaw Christopher E，Moenssen David J，Kostun John D.A Correlation Study of Computational Techniques to Model Engine Air Induction System Response Including BEM，F(xiàn)EM and 1D Methods［R］. SAE，2003：3－25.

【5】應(yīng)懷樵.現(xiàn)代振動(dòng)與噪聲技術(shù)：第3卷［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2002：254－258.

【6】李增剛，詹福良.聲學(xué)仿真計(jì)算高級(jí)應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010：25－48.

Research on Acoustic Mode of Vehicle Intake System

YANG Jin，ZHANG Xianjie，XIA Yunfeng
（Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu Anhui241006，China）

Acoustic mode of vehicle intake system was validated by test and CAE simulation，to find out the reason that a resonator in system did notwork.The booming noise was removed by changing the position of the resonatorwhich was optimized according to the results of the acoustic mode analysis.

NVH；Intake system；Resonator；Booming noise

2014－04－24

楊晉（1972—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠嘚VH開發(fā)。E-mail：yangjin1＠m(xù)ychery.com。