基于GT-Power某MPV进气噪声优化设计

何延刚，张鹤，祝文举，麻金贺

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

进气噪声是汽车五大噪声源之一，非增压发动机的进气噪声比机械噪声高出5～10dB（A），仅次于排气噪声。因此有效地降低进气噪声对提升整车NVH性能有重大的意义[1]。

进气噪声主要由进气门的周期性开启与关闭形成的压力脉冲而产生的周期性进气噪声，以及由高速气流经过进气门流通截面时，产生湍流脱体而引起的中高频噪声组成。前者主要集中在低频，后者主要集中在高频。

工程上通常采用1/4波长管作用于中高频，赫耳姆兹共振器作用与低频，而根据共振器经验公式：

式中，f—需衰减的频率；

V—共振器体积[2]。

1 问题提出及数据分析

某MPV车型放置在良好的路面上，进行主管评价时，能听到进气系统存在轰鸣声。以此进行试验验证，在WOT工况下，采用LMS数据采集系统， 发现2300rpm、2800rpm、3300rpm等附近转速存在明显的轰鸣声。通过试验对比不加消声器时进气口10cm处的最大噪声约为120dB（A）左右，加全消声器后进气口噪声维持在 95dB（A）左右，消声器效果明显。因此判断进气系统消声量不足，图1所示。

图1 WOT进气口噪声总声压级曲线

为了研究进气口噪声的频谱特性，对空管进气口噪声进行阶次分析和色谱分析，从色谱图分析可以看出，在2000rpm内转速数据无法确定捕捉，故无法对2000rpm以内的数据进行进一步分析，造成这一结果的原因可能和该车型的ECU加速标定特性油管。在 2000～5000rpm转速范围内，进气口噪声主要由 2、4阶噪声贡献，频率集中在 120～160Hz和250～330Hz这两个频率段，如图2、3所示。

图2 WOT空管进气口噪声阶次曲线

图3 WOT空管进气口噪声色谱图

图4 WOT全消进气口噪声阶次曲线

图5 WOT 全消进气口噪声色谱图

对空滤器及空管进气口噪声进行阶次分析和色谱分析，从色谱图对比分析可以看出，空滤器及脏管主要对200Hz以内的频带进行了噪声消除，但在700Hz还有个共振带对总声压级起主要作用，需要对这个频带噪声进行消除。从红色标注可以看出加消声器后该点噪声比不加空滤器还大，可能是由空滤器共振产生。故在对700H个共振带进行消除主要考虑从进气口添加共振或四分之一波长管，图6所示。

图5 WOT进气口噪声总声压级曲线

2 分析模型建立及分析

本次模型建立应用GT-POWER的EnginePerformance and Acoustics模块，由于无发动机模型且为了分析简单化，因此在噪声源处以0～500Hz的白噪声替代[3]如图6、7所示。

图6 进气系统结构

图7 进气系统GT 模型

2.1 进气口噪声分析

图8 空管进气口噪声曲线

不加空滤器及共振腔，对进气口噪声进行仿真分析，并与实测结果进行比较，总声压级及2、4阶噪声仿真记过趋势与测试结果基本一致，6、8阶和测试结果个别吕品有所出入，图8、9所示。

图9 空滤器方案进气口噪声曲线

加 9.6L空滤器及共振器后，对进气口噪声进行仿真分析，并与空管仿真噪声进行比较，加空滤后平均消声量为5dB(A),与实测结果较为接近，阶次噪声与测试结果有些出入。

2.2 加波长管方案

由于在 700Hz附近存在共振频带有可能是由空滤器产生，所以在脏管上增加1个四分之一波长管来700Hz。假设波长管1来消除700Hz的共振频带，根据上述理论计算，在进气温温度为40摄氏度的条件下，波长管1的直径为40mm，长度为 110mm，鉴于气流对消声特性的影响，建议先把波长管做成 150mm，根据实测情况进行现场更改。波长管位置按下图进行安装，如图10、11所示。

图10 进气口噪声色谱图

图11 波长管安装位置

2.3 加谐振腔方案

由于空滤方案尾管口噪声较大的主要原因为300Hz附近带有一个共振带，故可以采用谐振腔来对该频段进行消除。谐振腔安装位置如下图所示，可以在这地方安装2个位置进行安装，如图12所示：

图12 谐振腔几何计算

根据理论计算，对谐振腔尺寸进行计算，在40摄氏度条件下，要求谐振腔短管长度为5mm，直径为35mm，共振腔容积为1L ，加谐振腔后，共振频率为320Hz，比理论计算值高出20Hz，故将谐振腔的长度修改为10mm。如图13所示。

图13 谐振腔几何计算

3 加扩张腔方案

如下图所示，把v=3.38L的谐振腔拉长替换成V=5.46L的扩张腔，该腔室的长度为 300mm。该扩张腔的传递损失，如下图14所示。

图14 扩张腔位置及分析

对该方案进行尾口噪声分析，并与原空滤器方案进行对比分析，该方案除在2400rpm附近有个波峰外，整体噪声得到明显改善，如图15所示。

图15 扩张腔方案进气口噪声对比

4 实物验证及整车测试

为了验证新进气系统与旧进气系统间的差异，分别对两套进气系统进行了3挡WOT工况车内噪声对比，测试在外场空旷路面进行。测试结果如图16所示。

图16 进气系统车内噪声对比

由上图可知，采用不同进气系统主要对前排乘员有影响，且主要表现为2500rpm附近次噪声峰值降低；在中排与后排总级上无明显变化，但噪声水平在 2200～3000rpm处有明显降低。

5 结论

通过CAE对进气系统进行分析，对进气系统增加四分之一波长管及扩张腔解决了进气系统的轰鸣声，提高整车的舒适性。此外通过CAE分析可大大提高整改周期与成本。

参考文献

[1] 林进修,林晓.空气滤清器与进行消声[J].汽车研究与开发.1996（6）:32-37.

[2] 庞剑,何华.汽车噪声与振动[M].北京:北京理工大学出版社,2006,203.

[3] 黄进,杨凯,黄文兵.进气管路长度对进气噪声的影响.山东:农业装备与车辆工程杂志社.2013.05.