饒文明，林圣鎮(zhèn)，鐘秤平，徐高新，鄧?yán)?，劉?/p>

某氣制動(dòng)車型空壓機(jī)噪聲問題解決

饒文明1,2，林圣鎮(zhèn)1,2，鐘秤平1,2，徐高新1,2，鄧?yán)?,2，劉劍1,2

（1.江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)中心，江西 南昌 330001；2.江西省汽車噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330001）

汽車車內(nèi)噪聲和振動(dòng)，一般是由多個(gè)激勵(lì)源，經(jīng)由空氣傳遞和結(jié)構(gòu)傳遞兩條路徑傳遞至車內(nèi)關(guān)鍵部位后相互疊加而成。如何快速識(shí)別噪聲產(chǎn)生的來源，利用CAE有限元仿真技術(shù)進(jìn)行傳遞損失優(yōu)化分析；并尋找可工程化實(shí)施的解決方案，使車內(nèi)噪聲和振動(dòng)控制在設(shè)定的目標(biāo)值內(nèi)，提升用戶滿意度和乘坐舒適度，是現(xiàn)代汽車工業(yè)重點(diǎn)研究的課題。以國(guó)內(nèi)某氣制動(dòng)車型空壓機(jī)嘟嘟噪聲問題為例，分析氣制動(dòng)車型空壓機(jī)嘟嘟聲解決途徑。

空壓機(jī)；怠速；傳遞損失

前言

隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車已不僅僅是簡(jiǎn)單的載貨和代步工具，普通客戶對(duì)乘坐舒適性的要求越來越高，汽車的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise，Vibration and Harshness，NVH）品質(zhì)越來越受到各主機(jī)廠重視。NVH設(shè)計(jì)正朝著“正向開發(fā)”的方向發(fā)展。載貨汽車也如此，既能實(shí)現(xiàn)商用車通用的載貨功能，又能運(yùn)用乘用車開發(fā)技術(shù)達(dá)到良好的舒適靜音效果，顛覆大家對(duì)傳統(tǒng)載貨汽車“拖拉機(jī)”的印象。

商用車一般都是非承載式車身，車內(nèi)振動(dòng)和噪聲往往是由動(dòng)力總成系統(tǒng)激勵(lì)，經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、車架、車身懸置等傳遞路徑傳遞至車內(nèi)，引起駕駛員和乘客主觀感受。需要準(zhǔn)確地判斷出各主要激勵(lì)源和傳遞路徑的貢獻(xiàn)量，并針對(duì)主要貢獻(xiàn)源進(jìn)行優(yōu)化，尋找可工程化實(shí)施的方案。

1 車內(nèi)噪聲解決途徑

1.1 結(jié)構(gòu)噪聲

結(jié)構(gòu)噪聲一般是在發(fā)動(dòng)機(jī)或者路面激勵(lì)下，通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置或懸架、車架、駕駛室懸置傳遞至駕駛室內(nèi)，激勵(lì)起車身鈑金的振動(dòng)形成的。結(jié)構(gòu)噪聲的激勵(lì)主要有路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)，對(duì)于乘用車來說，路面激勵(lì)通過懸架直接作用在車身上，成為結(jié)構(gòu)噪聲的主要貢獻(xiàn)；但是對(duì)于載貨汽車來說，由于采用帶車架的非承載式車身，激勵(lì)傳遞到車架時(shí)，要經(jīng)過多個(gè)衰減路徑，路面激勵(lì)不是主要貢獻(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)是主要貢激勵(lì)源。如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)噪聲主要傳遞路徑

1.2 空氣噪聲

空氣噪聲是以外部噪聲為激勵(lì)源，受車身隔音密封性能影響，通過空氣傳遞至駕駛室內(nèi)；對(duì)于普通載貨汽車來說，發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)排氣等都是噪聲源，他們都會(huì)通過空氣傳播進(jìn)車內(nèi)，解決空氣噪聲主要途徑是：降低噪聲源；另外就是加強(qiáng)駕駛室密封，提升駕駛室隔音性能。如圖2所示。

圖2 空氣噪聲主要傳遞路徑

2 空壓機(jī)噪聲產(chǎn)生原理

為了達(dá)到更好的制動(dòng)性能，大多數(shù)貨車都用氣制動(dòng)來代替液壓制動(dòng)，如下圖為某氣制動(dòng)車型氣壓制動(dòng)系統(tǒng)示意圖，采用雙回路氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，前后鼓式制動(dòng)器均帶自調(diào)臂，駐車制動(dòng)采用的氣壓彈簧駐車制動(dòng)。如圖3所示為某氣制動(dòng)車型制動(dòng)回路布置圖。

通過空壓機(jī)內(nèi)部活塞不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng)壓縮空氣，為汽車上消耗空氣的裝置提供壓力適合、清潔、干燥的空氣。取氣方式一般是直接從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣空濾器后輸氣管中取氣。由于空壓機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，在活塞不停地壓縮空氣做功的過程中，空壓機(jī)的進(jìn)氣口會(huì)產(chǎn)生低頻“嘟嘟”聲，頻率一般在200-400Hz附近，如果進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)該頻率段的噪聲衰減不足，該噪聲會(huì)通過空氣傳遞至駕駛室內(nèi)從而引起抱怨。

圖3 某氣制動(dòng)車型制動(dòng)回路布置圖

圖4 不同傳動(dòng)形式的空壓機(jī)

3 案例分析

3.1 問題來源

某輕型載貨氣剎車型在怠速時(shí)存在明顯“嘟嘟”打鼓噪聲，導(dǎo)致駕駛室內(nèi)和室外噪聲均不可接受，超出目標(biāo)值?？諌簷C(jī)工作時(shí)（即打氣過程中）噪聲大；空壓機(jī)不工作時(shí)（即氣打飽后）聲音消失?！班洁健甭曋饕暙I(xiàn)頻率為200-400Hz，噪聲頻譜如圖5所示：

圖5 嘟嘟聲問題頻率

細(xì)實(shí)線為空壓機(jī)工作狀態(tài)，帶負(fù)載；

粗實(shí)線壓機(jī)不工作狀態(tài)，不帶負(fù)載。

3.2 原因分析

噪聲產(chǎn)生機(jī)理：空壓機(jī)內(nèi)部活塞不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng)壓縮空氣，在壓縮空氣做功的過程中，產(chǎn)生的泵氣噪聲通過進(jìn)氣凈管，空濾、臟管傳遞至進(jìn)氣口，進(jìn)而傳至駕駛艙中；卡車進(jìn)氣口一般朝向駕駛室，形成駐波脈沖，放大聲音。需提升進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)該頻率段噪聲的消聲能力。圖6為某空壓機(jī)進(jìn)氣布置圖。

3.3 消音器匹配設(shè)計(jì)

3.3.1 消聲器消聲原理

進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)是由一些管道和消聲元件組成的系統(tǒng)。消聲元件包括擴(kuò)張消音器，霍姆赫茲消音器和1/4波長(zhǎng)管等。擴(kuò)張消音器同時(shí)也是空氣過濾器，這些元件使得一些頻率的聲波通過，同時(shí)也阻止了一些頻率的聲波傳遞，這樣就取到了消聲的效果。

圖6 某空壓機(jī)進(jìn)氣布置圖

3.3.2 消聲器分類

消音器分為被動(dòng)消音器和主動(dòng)消音器和半主動(dòng)消音器，聲能會(huì)被反射或吸收，在汽車進(jìn)排氣系統(tǒng)中，大多數(shù)是被動(dòng)消聲器。

被動(dòng)消聲器又可分為抗性消聲器和阻性消聲器?？剐韵暺髦饕〝U(kuò)張消聲器和旁支消聲器，如霍姆赫茲消聲器和1/4波長(zhǎng)管?？剐韵暺鲗?duì)降低單頻低頻噪聲效果很好，傳遞損失很大。汽車大多數(shù)用抗性消聲器，

3.3.3 擴(kuò)張消聲器

擴(kuò)張消音器由一個(gè)主要腔室和兩邊與之連接的管路組成，如圖所示，進(jìn)氣管道的截面積S1和出氣管道的截面積S3比擴(kuò)張腔截面積S2要小，由于截面積變化，聲阻抗也隨之變化，因此擴(kuò)張器是一種抗性消聲器，入射波到擴(kuò)張腔后，一部分能量被反射到進(jìn)氣管，從而消耗聲能，而在消聲器里面并沒有消耗能量。聲波在進(jìn)氣管中前進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)與擴(kuò)張室的交界處時(shí)，一部分被反射回來，形成反射波；一部分進(jìn)入擴(kuò)張室。

圖7 擴(kuò)張消音器

進(jìn)入管中入射聲波和反射聲波的升壓和速度分別如下：

入射波聲壓：p=Pej(ωt-kx)

入射波速度：u=P/ρc

反射波聲壓：p=Pe(j(ωt-kx)

反射波速度：u=P/ρc

擴(kuò)張室內(nèi)的入射波和反射波的聲壓和速度分別為：

入射波聲壓：p2i=Pej(ωt-kx)

入射波速度：u2i=P2i/ρc

反射波聲壓：p2r=P2rej(ωt-kx)

反射波速度：u2r=P2r/ρc

透射波在出氣管中的聲壓和速度分別為：

透射波聲壓：pt=Piej(ωt-kx)

入射波速度：ut=Pt/ρc

3.3.4 消聲器的設(shè)計(jì)要求

消聲元件的首要目的是消除噪聲，因此需要滿足聲學(xué)性能要求，氣體在進(jìn)排氣系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)，又必須滿足空氣流動(dòng)性要求，另外還有材料，布置空間等方面的要求。以下是詳細(xì)要求：

1）聲學(xué)要求

2）空氣流動(dòng)要求

3）機(jī)械和材料方面的要求

4）成本要求

5）布置空間和裝配要求

圖8 常見的空壓機(jī)進(jìn)氣擴(kuò)張消聲器

3.4 傳遞損失分析

擴(kuò)張消聲器的傳遞損失公式為：

式m=S2/S1稱為擴(kuò)張比，對(duì)圓形管道來說，m=D2/d2，D和d為擴(kuò)張腔和管道的直徑，由公式可知，擴(kuò)張消聲器的傳遞損失取決于擴(kuò)張比和擴(kuò)張室的長(zhǎng)度，同時(shí)也與波長(zhǎng)相關(guān)。

——擴(kuò)張比越大，傳遞損失越大。

圖10 擴(kuò)張室長(zhǎng)度對(duì)傳遞損失的影響

——擴(kuò)張腔長(zhǎng)度越大，中心頻率越小頻率帶寬越窄。

圖11為該車型進(jìn)氣擴(kuò)張消音器傳損分析結(jié)果，在對(duì)應(yīng)的問題頻率200-400Hz附近，傳遞損失大于20dB，可以滿足目標(biāo)。其中黑粗線為目標(biāo)線：

圖11 傳遞損失分析結(jié)果

4 樣件實(shí)車驗(yàn)證

圖12 優(yōu)化前后的效果

圖13 擴(kuò)張消音器

其中，細(xì)實(shí)線為優(yōu)化前，粗實(shí)線為優(yōu)化，空壓機(jī)進(jìn)氣管加擴(kuò)張腔后，主觀評(píng)駕車內(nèi)及車外“嘟嘟”噪聲改善非常明顯，200-400Hz頻率段對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)降低約10dB（A）。圖13為滿足布置裝配要求的消音器。

5 總結(jié)

對(duì)于載貨汽車，尤其是氣制動(dòng)車型來說，空壓機(jī)在壓縮空氣做功的過程中，進(jìn)氣口一定會(huì)產(chǎn)生這種伴隨打氣頻率相關(guān)的“嘟嘟”噪聲。相對(duì)液制動(dòng)車型來說，對(duì)氣制動(dòng)進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲能力提了更高的要求。在產(chǎn)品前期設(shè)計(jì)的時(shí)候，在空壓機(jī)進(jìn)氣管路上一定要預(yù)留擴(kuò)張消聲器的空間，避免后續(xù)車輛出來后需要臨時(shí)匹配消聲器，往往因布置空間不滿足或者工藝裝配等因素?zé)o法實(shí)施消聲器方案。

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[2] 劉顯臣.汽車NVH綜合技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2014.

[3] 翁建生.汽車產(chǎn)品研發(fā)過程中整車NVH性能的設(shè)計(jì)與控制[C]. LMS第二屆中國(guó)用戶大會(huì)論文,2007.

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Research on Accelerating Roar of a Light Truck

Rao Wenming1,2, Lin Shengzhen1,2, Zhong Chengping1,2, Xu Gaoxin1,2, Deng Lei1,2, Liu Jian1,2

（1.Jiangling Motors Co.Ltd Product Development Center, Jiangxi Nanchang 330001; 2.Key laboratory of Automobile Noise and Vibration in Jiangxi Province, Jiangxi Nanchang 330001）

Vehicle interior noise and vibration are generally composed of multiple excitation sources, which are transmitted to the key parts of the vehicle through two paths of air transmission and structure transmission, and then superimposed on each other. How to quickly identify the source of noise, optimize the transmission loss analysis by using CAE finite element simulation technology, and find a solution that can be implemented in engineering, so as to control the noise and vibration within the set target value, and improve the customer satisfaction and riding comfort, is the key research topic of modern automobile industry. Taking the problem of air compressor beep of a domestic air brake vehicle as an example, this paper analyzes the solution to the problem.

Air compressor; Idle speed; Transmission loss

A

1671-7988(2020)24-126-04

TB533

A

1671-7988(2020)24-126-04

饒文明（1985-），男，江西省南昌市人，本科，NVH工程師，主要研究方向：輕型載貨汽車噪聲與振動(dòng)控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.042

CLC NO.: TB533