Hiss噪聲問題分析與優化

王偉霞　郭夢夢　谷加銀　向福泉　李春艷　翟連青

摘 要：某小型SUV在急加速時車內有明顯的增壓器渦輪Hiss噪聲。通過對中冷管（靠近渦輪側）近場5cm處噪聲測試，確定渦輪Hiss噪聲由中冷管殼體輻射傳播，鎖定問題頻段。對此頻率段噪聲進行壓后寬頻消聲器設計并驗證。結果表明，增加相應頻段（1600～2600）Hz的壓后寬頻消聲器后渦輪Hiss噪聲降低明顯，且主觀評價從5.5分提升到7分。

關鍵詞：Hiss噪聲 輻射 寬頻消聲器

Analysis and Optimization of Hiss Noise Problem

Wang Weixia Guo Mengmeng Gu Jiayin Xiang Fuquan Li Chunyan Zhai Lianqing

Abstract：A small SUV has obvious supercharger turbo Hhiss noise in the car during rapid acceleration. Through the noise test of the intercooler tube （near the turbine side） 5cm in the near field， it is determined that the turbine hiss noise is radiated by the intercooler tube shell， and the problem frequency band is locked to design and verify the post-compression broadband muffler for this frequency band noise. The results show that the turbo hiss noise is significantly reduced after increasing the compression broadband muffler of the corresponding frequency band （1600～2600） Hz， and the subjective evaluation is improved from 5.5 to 7 points.

Key words：hiss noise， radiation， broadband muffler

1 引言

隨著汽車用戶的增多，越來越多的用戶更加專業、更加關注駕乘舒適度，因此主機廠也越來越重視汽車對于用戶的體驗和感知質量。汽車噪聲性能作為汽車用戶可直接感知的性能之一，受到越來越多的主機廠和用戶的關注。

渦輪增壓發動機能較大的提升汽車動力性和經濟性，因而越來越受到主機廠和用戶的青睞，但由于增壓器每分鐘十幾萬甚至幾十萬的工作轉速，不可避免的會帶來渦輪增壓器的工作噪聲。此工作噪聲大幅增加了車內的噪聲，從而嚴重影響客戶的駕乘舒適性，甚至令其產生抱怨。

本文通過對某小型SUV的Hiss噪聲問題進行測試并分析，然后對該問題進行有針對性的改進，提高了車內噪聲品質，改善了駕乘舒適性。

2 渦輪Hiss聲排查

某款裝備渦輪增壓發動機的小型SUV在三檔全油門加速試車過程中發現車內有明顯的Hiss噪聲。按汽車商品性主觀評價評分標準進行主觀評價[1]，主觀評價僅為5.5分。

Hiss噪聲是增壓器噪聲中常見的種類之一，主要是在發動機低轉速加速時，因增壓器轉速在較短的時間內快速上升所引起的一種噪聲[2]。Hiss噪聲是一種類似流體通過開口泄漏時所發出的聲音，例如高壓鍋的水蒸氣通過出氣閥所發出的“嘶嘶”噪聲，這種明顯具有高頻能量的噪聲就被稱之為Hiss噪聲（又稱whoosh聲），其產生機理是，壓氣機葉片氣體分離產生的紊流噪聲，為一種輕度喘振現象，發動機對低速大扭矩的追求，增壓器運行曲線進入輕度喘振區域，此時進氣流速較小，壓氣機葉片根部發生氣體分離，產生紊流噪聲[3]。其頻率一般為（1000～3000）Hz。

針對發動機渦輪Hiss噪聲的解決方案主要有三個方向：一是從根源上消除噪音的產生;二是在中冷管殼體上包覆吸聲材料阻隔噪聲;三是增加消音元件，消除或降低噪聲。

因本文所述車型所采用的發動機為已量產產品，若從源頭消除噪聲，整改工作較為困難且成本較高。因而排查此噪音傳播路徑，對進氣系統近場輻射噪聲進行測試，由圖1可知，中冷管近場5cm處噪聲與車內前排內耳噪聲對應，判斷此Hiss噪聲由壓后中冷管（靠近渦輪側）輻射傳播，其貢獻頻率為（1600～2600）Hz，此頻段內輻射噪聲超標20dB（A）以上。因此針對此頻段內噪聲對癥下藥。

3 Hiss噪聲優化措施

由上文可知，本案例可選解決方案有通過吸收或阻隔噪聲以及增加消聲器兩種方案進行。但通過吸聲材料進行吸收噪聲方案成本較高，綜合考慮成本因素，本文案例選擇增加相應頻率的寬頻消聲器的方式對渦輪Hiss噪聲進行優化。進氣系統消聲元件通常采用寬頻抗性消聲器[4]，其作為汽車上常用消聲元件，對提升車內聲品質有較大用途。

根據所測問題段頻率及噪聲值，進行寬頻消聲器設計，要求此消聲器消聲頻率在（1600～2600）Hz內，其傳遞損失≥20 dB（A），將此消聲器加裝在壓后中冷管上（靠近渦輪側）。

下圖2所示為針對此問題所需而設計的一款壓后消聲器的傳遞損失分析結果：

由分析結果可見，所設計的壓后寬頻消聲器主要消聲頻率范圍為（1550～2660）Hz，該頻段范圍內傳遞損失大于20 dB（A）。滿足設計目標。

然后對所設計的壓后寬頻消聲器進行測試，該樣件在（1550～2660）Hz內傳遞損失大于20dB（A）。樣件實測傳損曲線與分析曲線一致，均滿足設計要求。

4 增加壓后消聲器效果驗證

加裝上文所述壓后寬頻消聲器后噪聲測試結果：三檔全油門加速噪聲測試結果顯示：中冷管（靠近渦輪側）5cm處輻射噪聲明顯降低（圖3）;車內前排司機內耳處噪聲明顯降低，在（1400～2600）Hz內，司機內耳噪聲降低最高5dB（A）（圖4）。說明加裝壓后寬頻消聲器是合理且有效的。

對整車進行三檔全油門加速車內前排內耳處語言清晰度（AI）測試，測試結果（圖5）顯示，增加壓后寬頻消聲器后相比于原始狀態，車內前排語言清晰度（AI）在（1500～3000）rpm提升近10%AI，大幅提升了整車加速車內聲品質。且主觀評價5.5分的基礎上提升了1.5分。客觀測試及主觀評價均證明，加裝壓后寬頻消聲器的方案非常有效的降低了車內Hiss噪聲。

5 進氣系統噪聲優化總結

本文僅研究了進氣壓后消聲器對于消除增壓器Hiss噪聲效果的影響，對于無法或不便于從源頭消除噪音的情況下，增加相應頻率段的消聲器對于消除發動機增壓器噪音有明顯效果。重點在于鎖定噪音頻率段后，提出目標需求，并進行相應的結構設計，通過CAE分析、樣件測試等手段，確保樣件符合設計目標，最終通過實車測試及主觀評價驗收以確認設計是否有效解決問題。本案例說明在增壓器出口后加裝寬頻消聲器方案是合理且有效的，為后續解決同類噪聲問題及進一步的研究與優化提供參考。

參考文獻：

[1]宋文強.《汽車商品性主觀評價方法》 [M] 汽車工程 2018.12.

[2]劉培培，程源，盧生林.《汽車發動機渦輪增壓器Hiss噪聲分析與改進》 [M] 汽車工程師 2017（10）.

[3]李世偉.《進氣系統壓氣機whoosh噪聲優化》 [M] 上海汽車 2018.04.

[4]馬大猷.《噪聲與振動控制工程手冊》 [M] 機械工業出版社 2002.03.

[5]龐劍.《汽車噪聲與振動：理論與應用》 [M] 北京理工大學出版社 2006.03.