商用轻卡进气系统NVH问题研究及解决方案

高玉娥 李恒 张也可 张朝阳

摘要：随着商用车领域国Ⅵ车型升级换代，卡车车企对于NVH性能也逐渐加大关注与研发投入。本文基于某轻卡进气系统为研究对象，分析诊断车内加速轰鸣声问题，最终通过进气道的优化设计，实现管口噪声及车内噪声的抑制。首先，研究了现有进气道装车件的传递损失特性，分析判断现有件的实际NVH消声性能。其次，通过整车道路试验获得加速工况车内噪声特性，分析轰鸣声的主要贡献成分，并建立优化目标与解决方案。最后，优化进气道结构，针对性设计了消声频率为100Hz、180Hz、以及245Hz的谐振腔结构，并于整车完成路试验证，优化后的进气道结构能有效降低进气口、车内245Hz成分，且将二阶发火阶次100Hz成分控制在较低水平，改善了车内驾乘舒适性。

关键词：轻卡;进气道;NVH;轰鸣声

0  引言

NVH性能作为舒适性衡量的标准之一，目前各大车企对整车振动噪声水平的控制研究都有强大的投入。相较于传统动力性、排放性等法规要求，NVH性能指标也逐渐被广泛采纳，作为汽车开发过程中重点关注的指标之一。

乘用车领域对于整车及零部件NVH性能的开发已经处于相对成熟、普遍的阶段，而商用车领域，尤其是针对整车搭载附件的NVH开发，仍处于相对滞后的水平。进气系统作为发动机的空气供给系统，其NVH性能将直接影响整车NVH水平，甚至影响车内驾乘舒适性，从而影响整车在市场的接受度，最终影响产品的销量。商用车领域进气系统NVH开发，目前处于逐渐被关注的起始阶段，业内相关的文献及论著相对较少，但针对进气管路系统NVH的开发基础以及结构应用，完全可以借鉴乘用车领域的产品开发，当然需要考虑商用车的实际整车布置、生产工艺、制造模具等工程要求。

本文基于某国Ⅵ商用轻卡进气系统为研究对象，依据整车道路试验发现的加速轰鸣声问题，通过进气系统的优化设计开发，改善并抑制进气管口辐射噪声成分，从而提高加速工况车内驾乘舒适性水平。

1  现有装车进气系统

图1所示为国内某自主品牌商用轻卡车搭载的进气道系统模型，由于其主要功能为吸入新鲜空气，而且通常布置于驾驶室后端较高位置，因此业内被称为“高位取气管”。商用卡车的进气道，除了空气吸入供给功能以外，常常还需要防水防尘、气道粗滤、水分离等功能，这些功能本文将不作赘述。最为重要的NVH性能，在商用车进气系统开发时也通常将消声结构集成于进气道结构，主要原因有以下几方面：①前期系统开发时未正向考虑进气系统的NVH性能开发;②空滤零部件的模具成本较高，进气道模具成本相对较低;③商用车企对于系统零件数量追求较高，普遍不愿接受额外增加消声器结构。因此，现阶段除空滤本体外，商用车进气系统含有针对性NVH设计的部件，基本就只有进气道了。

传递损失（TL：Transmission Loss）直接反映消声元件的声学特性，通常用于评价元件/系统的消声性能，业内常用两负载法进行测量。图2所示即为该轻卡进气道单体的传递损失结果，可以发现集成的三个谐振腔的主要消声频率分别为85Hz、465Hz、1000Hz，700Hz附近峰值以及800Hz以上频段的多个峰值主要系谐振腔主消频率的高谐次消声作用。

2  进气加速轰鸣问题

2.1 整车试验与测点布置

整车试验于内部专门的试车道进行，路面平坦无明显障碍物，能够基本保证每次试验工况的整体一致性。试验工况为变速箱三挡，整车WOT（Wide Open Throttle节气门全开工况）加速行驶。试验中通过机体振动加速度信号提取发动机转速，共布置两个传声器，分别于进气管口45°，距离10cm，以及车内主驾右耳位置。其中进气管口测点，为避免行驶过程中气流对传声器压电薄膜的影响，采用了专业风球/防风罩结构，保证测试信号的稳定性与准确性。

试验时采样频率设为25600Hz，据奈奎斯特定律，最高分析频率可达12800Hz，满足进气系统NVH测试需求。提取發动机1000-5000r/min转速段的时域信号，用于后期傅里叶变换形成时频分析谱。

2.2 试验结果与噪声诊断

图4所示即为三挡全油门加速工况，车内、进气噪声的频谱结果，由于该轻卡为自然吸气型发动机，结合自吸发动机进气噪声特性及车内主观评价，选择分析频率上限为1500Hz，频率分辨率为2Hz。车内245Hz附近存在较明显的共振成分，与进气口噪声相一致，且车内主观表现为气动噪声轰鸣。同时进气口600-700Hz宽频气流噪声对车内高转速段有一定的影响。除此以外，进气口180Hz附近中低转速段存在一定的共振，但与车内噪声不相对应。因此，主要针对进气系统245Hz进行针对性优化，兼顾600-700Hz宽频声学性能，同时针对进气口180Hz设计消声，分析对车内的实际影响。（图4）

3  方案优化与性能验证

3.1 进气道结构优化

根据前期的整车路试NVH摸底试验与处理分析，优化目的在于180Hz、245Hz频率的声学性能优化，同时低频100Hz附近针对2阶成分的消声性能，优化后的轻卡进气道模型如图5所示。

图6所示为该轻卡优化后进气道单体的TL试验结果，可以发现三个谐振腔（1～3#）的主要消声频率依次为245Hz、100Hz、180Hz，消声性能试验结果基本满足设计目标。三个谐振腔针对主要消声频率处的TL幅值分别可达12dB@100Hz、30dB@180Hz、40dB@245Hz。

3.2 进气道装车试验验证

将优化后的进气道装车固定后，进行如2.1所述整车道路试验，相应工况与原状态试验时保持一致。图7所示即为搭载优化后进气道的进气管口及车内噪声频谱。采用主客观相结合的方法分析车内轰鸣声的改善效果，进气管口近场245Hz处“共振”成分均已消失，表现为车内加速工况轰鸣声，略带有一定的粗糙感。600-700Hz频段高转速气流噪声得到有效衰减，且车内发火成分2阶噪声80Hz处均有较明显控制，体现在车内主观声学评价，为加速时轰鸣声被有效抑制，车内驾乘舒适性得到提升。进气口噪声表现出的180Hz、320Hz对车内贡献较低，但180Hz成分针对中低转速段车内主观驾乘感有轻微的作用，因此综合考虑可保留该谐振腔结构。

4  结论

以某轻卡加速工况车内轰鸣声异响为研究对象，对现有进气道结构的优化，进行针对性NVH设计，验证进气系统噪声对车内轰鸣声的贡献以及进气道优化方案的实际改善效果。

①进气管口辐射系车内加速轰鸣声的主要噪声源及传递路径。

②优化改进的进气道，有效抑制了245Hz共振成分的产生，且该成分为车内主观轰鸣声的最主要贡献成分。

③进气道结构对通过245Hz噪声产生的根本机理，有待后续进一步深入研究。

参考文献：

[1]Munjal M L. Acoustics of ducts and mufflers with application to exhaust and ventilation system design[M]. New York： Wiley， 1987.

[2]Z. Tao， A. F. Seybert. A Review of Current Techniques for Measuring Muffler Transmission Loss[J]. 2003 SAE International. 2003-01-1653.

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

[4]李恒.内燃机进气系统整体声学预测方法及异响控制技术研究[D].浙江大学，2017.

[5]张振良.发动机进气消声器研究[D].重庆大学，2003.

[6]杜功焕，朱哲民，龚秀芬.声学基础[M].南京大学出版社， 2001.

收稿日期：2020-05-08。

作者简介：高玉娥，女，新疆伊犁人，工学学士，从事进排气系统设计工作;李恒（通讯作者），男，浙江兰溪人，工学博士，从事发动机CAE设计及进、排气系统噪声研究;张也可，女，安徽宿州人，工学硕士，从事进气系统设计工作;张朝阳，男，山东济宁人，工学学士，从事进气系统设计工作。