某轻型客车进气系统噪声改进

窦海燕 郭玉祥

（安徽江淮汽车股份有限公司）

某轻型客车进气系统噪声改进

窦海燕 郭玉祥

（安徽江淮汽车股份有限公司）

针对某轻型客车噪声评估过程中车内噪声水平未达到目标样车水平的问题进行研究。根据该车整车及进气系统噪声测试结果改进空气滤清器结构，在其壳体内部增加加强筋以提高壳体刚度。进气系统优化后，整车怠速工况下50 Hz的峰值频率下降2 dB，总声压级也降低2 dB；全油门加速工况时，2 100 r/min处噪声峰值消除；全油门加速工况和匀速工况时车内轰鸣声降低。

1 问题来源

进气系统的主要功用是尽可能多和尽可能均匀的向发动机各个气缸提供可燃混合气体或纯净的空气。空气滤清器是进气系统必不可少的元件，其主要功用是滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸，同时也是降低进气噪声的主要元件。

在某轻型客车噪声评估过程中，发现其车内噪声水平较高，进气口噪声较为明显。

2 原因分析

2.1 整车噪声测试

对整车进行噪声测试分析，即进行怠速工况、匀速工况、全油门加速（WOT）工况车内振动噪声测试。得到驾驶员右耳处振动噪声如图1所示，3挡WOT工况车内声压级如图2所示。可知，怠速工况与匀速工况车内振动噪声水平均高于目标值，怠速工况振动较大，驾驶员和后排噪声偏高；匀速工况车内噪声水平偏高，尤其是驾驶员与后排乘员位置处；WOT工况则存在较明显的共振影响。

怠速工况车内噪声如图3所示。通过对噪声水平测试结果进行分析可以看出，车内噪声水平较高，怠速工况时噪声峰值主要分布为发动机2、4阶激励，100 Hz频段，250 Hz频段及高频噪声；匀速工况车内整体噪声水平较高，主要峰值贡献来自于发动机2阶激励及200 Hz～250 Hz范围内多个峰值频率；WOT工况时车内存在多处轰鸣声，如在1 400 r/min、2 100 r/min及2 600～3 200 r/min处的多个噪声峰值；怠速工况下的振动水平也相对较高，主要表现为发动机的2阶激励。

2.2 进气系统噪声测试

根据整车噪声测试，针对不同工况时问题进行分析，找出进气系统对整车噪声影响的主要原因。

由图2和图3可以看出，怠速工况中50 Hz中心频率的噪声占主要贡献，其对应为发动机的4阶激励；WOT工况2 100 r/min时也存在轰鸣声，其同样对应4阶激励；驾驶员位置噪声明显高于其它两排乘员处，且呈现出中间高两侧低的趋势，50 Hz频率处存在较大峰值，进气口处噪声较为明显。

3 方案实施

进气系统对整车噪声的影响主要来自于空气滤清器壳体的振动及声辐射。空气滤清器壳体在55 Hz附近的共振产生了两种激励源，一种是激励与之相连的车身壁板，进而激励车身空腔模态；另一种是直接通过空气滤清器壳体低频的声辐射激发车内空腔模态，从而引起车内怠速工况时50 Hz频率下非常高的噪声峰值。

3.1 空气滤清器的传递损失分析

带滤芯的空气滤清器在声学方面分析较为复杂，为了便于分析，在不考虑滤芯的情况下把空气滤清器看成单节扩张式消声器。扩张式消声器是抗性消声器最常用的结构形式，是依据管道中声波在截面突变（扩大或缩小）处发生反射而衰减噪声的原理设计的。扩张式消声器是由一个主要的腔室和两边与之相连接的管道组成，其最基本的形式如图4所示。

进气管道截面积S1和出气管道截面积S3比扩张腔的截面积S2要小些。由于截面积变化，声阻抗也随之变化，当入射波到达扩张腔后，一部分声能量被反射回进气管，从而消耗声能以达到消声效果。根据消声器传递损失的定义，单节扩张式消声器的传递损失为：

式中，m=D2/d2为圆柱形管道的扩张比，其中D和d分别是扩张腔的直径和管道的直径。

当kL=nπ（n=0，1，2……）时，TL=0，即声波无衰减直接通过，传递损失降为零，这是单节扩张式消声器的最大缺点。

在实际工程应用中，传递损失定义为消声器进口端入射声功率W1和出口端声功率W2比值的常用对数乘以10，即为消声器进口端和出口端的声功率级之差值，其数学表达式为：

通常所称的消声量一般均指传递损失。在消声器进口端与出口端的通道截面相同时，声压沿截面近似均匀分布，这时传递损失等于消声器进口端与出口端的声压级之差，其关系式为：

因此，选用合适的空气滤清器扩张腔和进出气管道直径，对于降低进气噪声有十分重要的意义。在设计阶段，用计算机软件对空气滤清器的传递损失进行仿真计算，可以对空气滤清器整体结构进行优化设计。

3.2 CAE仿真

对空滤器进行CAE仿真分析如图5所示。其中，图5a网格节点总数量为213 580，元素总数为550 571，边界层数为4层，层厚度2.2 mm；简化流场分析结果如图5b。

3.3 实车排查

通过分别在进气系统脏口和净口接大消声器及断开空气滤清器壳体连接等方法，对空气滤清器壳体动刚度进行测试，确认其存在与峰值频率相对应的模态，最终确认为是空气滤清器壳体共振产生的壳体辐射噪声，进而引起车内在怠速和WOT工况时的峰值噪声。

通过分析空气滤清器存在的问题，主要改进目的是提高其壳体刚度，以避开空气滤清器壳体与发动机激励相耦合的频率。通过对空气滤清器增加加强筋架构，提高其壳体刚度，避免共振产生壳体辐射噪声。

3.4 结构改进后的CAE仿真分析

图6和图7为改进后的空气滤清器CAE分析结果。可知，改进后的强度和模态均满足设定要求。

3.5 实物验证

图8为空气滤清器壳体进行加强后的实物。

空气滤清器壳体加强后，车内噪声测试结果如图9和图10所示。

由图9和图10可知，整车怠速工况下50 Hz的峰值频率下降2 dB，总声压级也降低2 dB；WOT工况时，2 100 r/min处的噪声峰值消除。

4 结束语

通过在空气滤清器壳体内部增加加强筋，提高空气滤清器壳体刚度，有效降低了进气系统噪声。提高空气滤清器壳体刚度后，整车怠速工况下50 Hz的峰值频率下降2 dB，总声压级也降低2 dB；WOT工况时，2 100 r/min处的噪声峰值消除；降低了WOT工况及匀速工况时车内轰鸣声。

1 陈家瑞.汽车构造（第4版）.北京：人民交通出版社，2002.

2 杨文亮.某车型进气系统降噪改进.公路与汽运，2012（1）：6～8.

3 赵要珍.进气噪声源提取和空气滤清器声学性能优化.上海交通大学学报，2013（6）:1003～1008.

4 马大猷.噪声与振动控制工程手册.北京：机械工业出版社，2002.

5 黄其柏.工程噪声控制学.武汉：华中科技大学出版社，2002.

6 庞剑.汽车噪声与振动.北京：机械工业出版社，2006.

（责任编辑晨 曦）

修改稿收到日期为2015年1月1日。

Noise Optimization of Intake Air System of a Light Bus

Dou Haiyan,Guo Yuxiang
（Anhui Jianghuai Automobile Technology Center）

Noise evaluation of a light bus shows that interior noise level of the bus fails to achieve level of the target prototype.According to vehicle and intake air noise test results,air filter structure is modified by adding reinforced rib inside the filter housing to increase stiffness.After the intake air system is optimized,noise level at 50 Hz peak frequency is reduced by 2 dB in idling,and total sound pressure level is also reduced by 2 dB;whereas in acceleration with the throttle fully open,noise peak value at 2 100 r/min is eliminated,and interior booming noise decreases in acceleration with the throttle fully open and constant speed driving.

Light bus,Intake air system,Noise，Air filter

轻型客车 进气系统 噪声 空气滤清器

U467.2+2

A

1000-3703（2015）09-0045-03