郭玉祥，李立波，周彬彬

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲改進(jìn)

郭玉祥，李立波，周彬彬

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對(duì)某皮卡車噪聲評(píng)估過程中加速噪聲水平?jīng)]有達(dá)到目標(biāo)樣車的水的問題進(jìn)行研究。文章根據(jù)該車整車及進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲測(cè)試結(jié)果改進(jìn)空濾器進(jìn)氣管及根據(jù)赫姆霍茲諧振消音器原理設(shè)計(jì)合適諧振腔，降低進(jìn)氣噪聲。

進(jìn)氣噪聲；空濾器進(jìn)氣管；諧振腔；消聲降噪

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-66-03

引言

現(xiàn)在NVH(噪聲、振動(dòng)與舒適性)性能已經(jīng)成為評(píng)價(jià)汽車品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。進(jìn)氣噪聲作為一個(gè)重要的噪聲源得到足夠重視。本文針對(duì)某皮卡車型加速噪聲問題進(jìn)行分析研究，已使其噪聲水平降低，最終改善NVH性能。

1、問題描述

1.1 整車噪聲測(cè)試

對(duì)整車進(jìn)行噪聲測(cè)試，發(fā)現(xiàn)加速工況下噪聲水平高于目標(biāo)值，主要表現(xiàn)在1000-2500rpm、3300rpm噪聲峰值較高。

圖1 加速時(shí)噪聲聲壓級(jí)

圖2 噪聲頻譜圖

測(cè)試結(jié)果如下：作者簡(jiǎn)介：郭玉祥，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

2、原因分析

2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)分析

在空濾器進(jìn)氣管端接消聲器，排除空濾器輻射噪聲和進(jìn)氣管口噪聲的影響，屏蔽進(jìn)氣后如圖3發(fā)現(xiàn)1000-2500rpm、3300rpm噪聲峰值消失。

2.2 空濾器輻射噪聲

在進(jìn)氣空濾器上安裝振動(dòng)傳感器，如圖4發(fā)現(xiàn)1000-2500rpm、3300rpm無對(duì)應(yīng)振動(dòng)峰值，排除空濾器殼體輻射噪聲的影響。

通過對(duì)上述噪聲水平測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出，1000-2500rpm、3300rpm噪聲峰值由進(jìn)氣系統(tǒng)管口噪聲引起。

3、方案實(shí)施

進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)整車噪聲的影響主要由進(jìn)氣系統(tǒng)管口噪聲引起。

3.1 空濾器的傳遞損失

帶濾芯的空濾器在聲學(xué)方面分析較為復(fù)雜，為了便于問題的分析，在不考慮濾芯的情況下，把空濾器看成為單節(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，也稱膨脹式消聲器。它是依據(jù)管道中聲波在截面突變（擴(kuò)大或縮?。┨幇l(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的，其最基本的形式如圖所示：

圖5 單節(jié)擴(kuò)張式消聲器

進(jìn)氣管道截面積S1和出氣管道的截面積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會(huì)進(jìn)氣管，從而消耗聲能達(dá)到消聲效果。傳遞損失TL也稱為傳透損失或透射損失，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：

當(dāng)kL=nπ時(shí)（n=0，1，2……）,TL=0，即聲波無衰減直接通過，傳遞損失降低為零，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)口端的入射聲功率W1和出口端的聲功率W2的比值的常用對(duì)數(shù)乘以10，即為消聲器進(jìn)口端的聲功率級(jí)和消聲器出口端的聲功率級(jí)之差值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，W1、W2分別是消聲器進(jìn)口端、出口端的聲功率（W）；LW1、LW2分別是消聲器進(jìn)口端、出口端的聲功率級(jí)（dB（A））。通常所稱的消聲量一般均指?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)口端的聲壓級(jí)與出口端的聲壓級(jí)之差。其關(guān)系式為：

式中，LP1、LP2分別是消聲器進(jìn)口端、出口端的聲壓級(jí)（dB（A））。

因此，選用合適的空濾器擴(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)濾器的傳遞損失進(jìn)行仿真計(jì)算，可以對(duì)空濾器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 空濾器進(jìn)氣管改進(jìn)

表1

為使總體噪聲在1000-2500rpm范圍有一個(gè)寬頻帶的降噪效果，采用增加擴(kuò)張比方法，將空濾器進(jìn)氣管管徑由Φ 85mm改為Φ55mm。但由于空濾器進(jìn)氣管管徑縮小后將增加進(jìn)氣阻力，故需驗(yàn)證空濾器進(jìn)氣管管徑縮小后進(jìn)氣阻力是否滿足整車進(jìn)氣阻力≤5kPa要求，進(jìn)氣阻力試驗(yàn)結(jié)果如表1。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，空濾器進(jìn)氣管管徑改為Φ 55mm后滿足要求。

3.3 赫姆霍茲諧振消音器原理

赫爾姆茲消音器是旁支消音器的一種，如圖6所示。赫爾姆茲消音器是一種歷史悠久的消音器，它由一個(gè)消音容器和一根短管組成，短管與主管連接。

圖6 赫爾姆茲消音器

入射波在主管運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)消音容器時(shí)，一部分被反射回來，另一部份分成兩個(gè)分路。一路進(jìn)入在容器里或者是推動(dòng)容器內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，另一路繼續(xù)在主管中傳播，形成透射波。由于管道交界處聲阻抗的變化，從而達(dá)到消音目的。赫姆霍茲諧振消音器共振頻率：

式中：c為音速，S為入口管橫截面積，l為入口管長(zhǎng)度，V為赫姆霍茲諧振消音器容積。

赫姆霍茲諧振消聲器達(dá)到共振時(shí)，其聲抗最小，振動(dòng)速度達(dá)到最大，對(duì)聲的吸收也達(dá)到最大 。

4、赫姆霍茲諧振消音器

為降低3300rpm時(shí)噪聲，從圖2噪聲頻譜圖分析3300rpm時(shí)噪聲對(duì)應(yīng)225Hz，故選擇225Hz作為赫姆霍茲諧振消音器設(shè)計(jì)頻率，根據(jù)公式（5）設(shè)計(jì)一225Hz赫姆霍茲諧振消音器用于消除此噪聲。

4.1 方案驗(yàn)證

制作樣件進(jìn)行驗(yàn)證，降噪效果如圖7所示：

（1）空濾器進(jìn)氣管管徑由Φ85mm改為Φ55mm，1000～2500rpm加速噪聲降低1～4 dB（A）；

（2）加裝225Hz諧振腔，3300rpm加速噪聲降低2～3 dB （A）；

（3）空濾器進(jìn)氣管管徑由Φ85mm改為Φ55mm與加裝225Hz赫姆霍茲諧振消音器后，整車加速噪聲降低3～4dB （A）。

圖7 降噪效果驗(yàn)證結(jié)果

5、結(jié)論

通過將空濾器進(jìn)氣管管徑由Φ85mm改為Φ55mm及加裝225Hz諧振腔后整車加速噪聲降低3～4dB（A）。選用合適的空濾器擴(kuò)張腔和進(jìn)出氣管道直徑及合適的擴(kuò)張比，對(duì)于降低進(jìn)氣噪聲有十分重要的意義。對(duì)于特定低頻率進(jìn)氣噪聲，采用赫姆霍茲諧振消音器來解決其噪聲問題。

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

[2] 楊文亮.某車型進(jìn)氣系統(tǒng)降噪改進(jìn).公路與汽車,2012(1):6～8.

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

[4] 龐劍.汽車噪聲與振動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

Noise Optimization of Air Intake System

Guo Yuxiang, Li Libo, Zhou Binbin
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Noise assessment process of a pickup truck show that acceleration noise level did not reach the target prototype. According to the noise test results of vehicle and air intake system to improve the air filter inlet pipe and design suitable resonant cavity based on the principle of Helmholtz resonator muffler, and reduce the intake noise.

AirIntakenoise; Air filter inlet pipe; Resonant cavity; Noise elimination and reduction

U467.3

A

1671-7988(2016)07-66-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.021