某輕型客車進氣系統噪聲改進

竇海燕 郭玉祥

（安徽江淮汽車股份有限公司）

某輕型客車進氣系統噪聲改進

竇海燕 郭玉祥

（安徽江淮汽車股份有限公司）

針對某輕型客車噪聲評估過程中車內噪聲水平未達到目標樣車水平的問題進行研究。根據該車整車及進氣系統噪聲測試結果改進空氣濾清器結構，在其殼體內部增加加強筋以提高殼體剛度。進氣系統優化后，整車怠速工況下50 Hz的峰值頻率下降2 dB，總聲壓級也降低2 dB；全油門加速工況時，2 100 r/min處噪聲峰值消除；全油門加速工況和勻速工況時車內轟鳴聲降低。

1 問題來源

進氣系統的主要功用是盡可能多和盡可能均勻的向發動機各個氣缸提供可燃混合氣體或純凈的空氣。空氣濾清器是進氣系統必不可少的元件，其主要功用是濾除空氣中的雜質或灰塵，讓潔凈的空氣進入氣缸，同時也是降低進氣噪聲的主要元件。

在某輕型客車噪聲評估過程中，發現其車內噪聲水平較高，進氣口噪聲較為明顯。

2 原因分析

2.1 整車噪聲測試

對整車進行噪聲測試分析，即進行怠速工況、勻速工況、全油門加速（WOT）工況車內振動噪聲測試。得到駕駛員右耳處振動噪聲如圖1所示，3擋WOT工況車內聲壓級如圖2所示。可知，怠速工況與勻速工況車內振動噪聲水平均高于目標值，怠速工況振動較大，駕駛員和后排噪聲偏高；勻速工況車內噪聲水平偏高，尤其是駕駛員與后排乘員位置處；WOT工況則存在較明顯的共振影響。

怠速工況車內噪聲如圖3所示。通過對噪聲水平測試結果進行分析可以看出，車內噪聲水平較高，怠速工況時噪聲峰值主要分布為發動機2、4階激勵，100 Hz頻段，250 Hz頻段及高頻噪聲；勻速工況車內整體噪聲水平較高，主要峰值貢獻來自于發動機2階激勵及200 Hz～250 Hz范圍內多個峰值頻率；WOT工況時車內存在多處轟鳴聲，如在1 400 r/min、2 100 r/min及2 600～3 200 r/min處的多個噪聲峰值；怠速工況下的振動水平也相對較高，主要表現為發動機的2階激勵。

2.2 進氣系統噪聲測試

根據整車噪聲測試，針對不同工況時問題進行分析，找出進氣系統對整車噪聲影響的主要原因。

由圖2和圖3可以看出，怠速工況中50 Hz中心頻率的噪聲占主要貢獻，其對應為發動機的4階激勵；WOT工況2 100 r/min時也存在轟鳴聲，其同樣對應4階激勵；駕駛員位置噪聲明顯高于其它兩排乘員處，且呈現出中間高兩側低的趨勢，50 Hz頻率處存在較大峰值，進氣口處噪聲較為明顯。

3 方案實施

進氣系統對整車噪聲的影響主要來自于空氣濾清器殼體的振動及聲輻射。空氣濾清器殼體在55 Hz附近的共振產生了兩種激勵源，一種是激勵與之相連的車身壁板，進而激勵車身空腔模態；另一種是直接通過空氣濾清器殼體低頻的聲輻射激發車內空腔模態，從而引起車內怠速工況時50 Hz頻率下非常高的噪聲峰值。

3.1 空氣濾清器的傳遞損失分析

帶濾芯的空氣濾清器在聲學方面分析較為復雜，為了便于分析，在不考慮濾芯的情況下把空氣濾清器看成單節擴張式消聲器。擴張式消聲器是抗性消聲器最常用的結構形式，是依據管道中聲波在截面突變（擴大或縮小）處發生反射而衰減噪聲的原理設計的。擴張式消聲器是由一個主要的腔室和兩邊與之相連接的管道組成，其最基本的形式如圖4所示。

進氣管道截面積S1和出氣管道截面積S3比擴張腔的截面積S2要小些。由于截面積變化，聲阻抗也隨之變化，當入射波到達擴張腔后，一部分聲能量被反射回進氣管，從而消耗聲能以達到消聲效果。根據消聲器傳遞損失的定義，單節擴張式消聲器的傳遞損失為：

式中，m=D2/d2為圓柱形管道的擴張比，其中D和d分別是擴張腔的直徑和管道的直徑。

當kL=nπ（n=0，1，2……）時，TL=0，即聲波無衰減直接通過，傳遞損失降為零，這是單節擴張式消聲器的最大缺點。

在實際工程應用中，傳遞損失定義為消聲器進口端入射聲功率W1和出口端聲功率W2比值的常用對數乘以10，即為消聲器進口端和出口端的聲功率級之差值，其數學表達式為：

通常所稱的消聲量一般均指傳遞損失。在消聲器進口端與出口端的通道截面相同時，聲壓沿截面近似均勻分布，這時傳遞損失等于消聲器進口端與出口端的聲壓級之差，其關系式為：

因此，選用合適的空氣濾清器擴張腔和進出氣管道直徑，對于降低進氣噪聲有十分重要的意義。在設計階段，用計算機軟件對空氣濾清器的傳遞損失進行仿真計算，可以對空氣濾清器整體結構進行優化設計。

3.2 CAE仿真

對空濾器進行CAE仿真分析如圖5所示。其中，圖5a網格節點總數量為213 580，元素總數為550 571，邊界層數為4層，層厚度2.2 mm；簡化流場分析結果如圖5b。

3.3 實車排查

通過分別在進氣系統臟口和凈口接大消聲器及斷開空氣濾清器殼體連接等方法，對空氣濾清器殼體動剛度進行測試，確認其存在與峰值頻率相對應的模態，最終確認為是空氣濾清器殼體共振產生的殼體輻射噪聲，進而引起車內在怠速和WOT工況時的峰值噪聲。

通過分析空氣濾清器存在的問題，主要改進目的是提高其殼體剛度，以避開空氣濾清器殼體與發動機激勵相耦合的頻率。通過對空氣濾清器增加加強筋架構，提高其殼體剛度，避免共振產生殼體輻射噪聲。

3.4 結構改進后的CAE仿真分析

圖6和圖7為改進后的空氣濾清器CAE分析結果。可知，改進后的強度和模態均滿足設定要求。

3.5 實物驗證

圖8為空氣濾清器殼體進行加強后的實物。

空氣濾清器殼體加強后，車內噪聲測試結果如圖9和圖10所示。

由圖9和圖10可知，整車怠速工況下50 Hz的峰值頻率下降2 dB，總聲壓級也降低2 dB；WOT工況時，2 100 r/min處的噪聲峰值消除。

4 結束語

通過在空氣濾清器殼體內部增加加強筋，提高空氣濾清器殼體剛度，有效降低了進氣系統噪聲。提高空氣濾清器殼體剛度后，整車怠速工況下50 Hz的峰值頻率下降2 dB，總聲壓級也降低2 dB；WOT工況時，2 100 r/min處的噪聲峰值消除；降低了WOT工況及勻速工況時車內轟鳴聲。

1 陳家瑞.汽車構造（第4版）.北京：人民交通出版社，2002.

2 楊文亮.某車型進氣系統降噪改進.公路與汽運，2012（1）：6～8.

3 趙要珍.進氣噪聲源提取和空氣濾清器聲學性能優化.上海交通大學學報，2013（6）:1003～1008.

4 馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊.北京：機械工業出版社，2002.

5 黃其柏.工程噪聲控制學.武漢：華中科技大學出版社，2002.

6 龐劍.汽車噪聲與振動.北京：機械工業出版社，2006.

（責任編輯晨 曦）

修改稿收到日期為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

輕型客車 進氣系統 噪聲 空氣濾清器

U467.2+2

A

1000-3703（2015）09-0045-03