汽车进气系统声学模态研究

杨晋，张现杰，夏云峰

（奇瑞汽车股份有限公司汽车研发总院，安徽芜湖241006）

汽车进气系统声学模态研究

杨晋，张现杰，夏云峰

（奇瑞汽车股份有限公司汽车研发总院，安徽芜湖241006）

针对某车型进气系统谐振腔没发挥作用这一实际问题，对进气系统进行声学模态试验与CAE仿真分析，掌握了进气系统声腔模态特性，找出了问题根源，并优化了进气系统的谐振腔位置，消除了进气系统引起的车内轰鸣问题。

NVH；进气系统；谐振腔；轰鸣声

0 引言

汽车进气系统是整车NVH性能开发重点关注对象之一，通过合理的设计、布置声学消声元件 （谐振腔与四分之一波长管等），可以有效优化与进气系统相关的声音幅值和品质，为用户提供满意的整车声学环境。

常用的评价进气系统声学特性的指标之一为传递损失，影响传递损失的主要因素是进气系统的声学模态，了解了系统声学模态特性可以合理布置声学消声元件。文中介绍了如何利用试验和仿真手段获取进气系统声学模态，根据模态振型优化某车型进气系统谐振腔位置，解决进气口和车内轰鸣声问题。

1 进气噪声问题描述

某车型在开发过程中发现在急加速工况乘员舱在2 100 r／min附近有轰鸣声，严重影响车内舒适性。经排查发现进气系统引气口噪声在同样条件下有一峰值 （见图1），分析为四阶噪声，峰值频率在70 Hz附近。为解决这一问题，在进气系统引气管设计安装一谐振频率为70 Hz的谐振腔 （见图2），实际装车验证问题并未改善。初步判断谐振腔放置位置不合理。

2 进气系统声学模态试验

为选择谐振腔放置最佳位置，开展了进气系统声学模态试验研究。试验原理图如图3所示，扬声器为激励源，激励信号为白噪声，P0—P4为传声器，用于测量声压信号。

模态 “振型”从传递函数的峰值得到，绝对值取决于参考麦克风和扬声器的位置。模态 “振型”是用各点共振峰值与最大值比值得到的。

确定各点的峰值和相位，各点的峰值除以最大值进行归一化。相位是以峰值点的相位为基准的差。则模态 “振型”就可以用归一化后的幅值乘以调整后的相位余弦计算。模态 “振型” ψin：

其中：fn为第n个模态频率，m为幅值最大值位置，Ai（fn）为第n个模态 i位置幅值，Am（fn）为第 n个模态最大幅值，φi（fn）为第n个模态i位置相位，φm（fn）为第n个模态幅值最大位置相位。根据式 （1）进行 “振型”计算的结果见表1。

表1 进气系统模态测量结果

3 进气系统声学模态仿真

在开展试验的同时，作者也进行了进气系统声学模态仿真计算。分析中用长度和直径相同的直管代替进气歧管间管道（“净管”）。进气引管长度利用开口直管长度修正方法进行修正，见公式 （3），图5为修正原理示意图。

对于一端开口一端封闭的管道［1］（图5），其固有频率为：

其中：c为声速，n为模态阶次。其计算长度L′是实际管道长度L加上等效延长管长度ΔL＝0.6r，即：

图6是进气系统声腔有限元模型，图7是前4阶声学模态结果。

试验结果同仿真分析结果的模态 “振型”一致，但频率结果有差别。对于第四阶模态 （仿真中258 Hz的模态），试验未检测到。这一阶模态是进气歧管的 “横向”模态，受麦克风布置的影响无法检测到，此模态对于改善进气系统结构意义不大，这一差别可以忽略。模态频率的差别是因为模型修正不准确或受试验时环境条件的影响。

4 问题分析和解决

从试验和仿真结果看，该车型轰鸣声峰值对应的是试验结果的76.7 Hz模态和仿真的69 Hz模态。两个模态振型的极值点在空滤附近，引气口为结点。原设计方案中谐振腔接近引气口，使谐振腔无法充分发挥作用，试验中将谐振腔位置移至空滤附近，进气系统76.7 Hz的声学模态发生明显偏移。将改变谐振腔位置的进气系统装车验证，引气管口噪声改进效果见图8所示。

5 结论

在进气系统设计开发过程中，对进气系统声学模态进行分析，在其 “位移”最大 （即模态振型极点）的地方布置消声元件，即赫姆霍兹谐振腔或四分之一波长管，可以充分发挥消声元件作用，有效改善进气系统噪声。

【1】庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动－理论与应用［M］.北京：北京理工大学出版社，2006：189－195.

【2】杜功焕，朱哲民，龚秀芬.声学基础［M］.南京：南京大学出版社，2001：254－259.

【3】Lu Ming-Hung，Jen Ming Une.Intake／Exhaust Noise Reduction with Rig Test Optimization-Case Studies［R］.SAE，1999：1－8.

【4】Shaw Christopher E，Moenssen David J，Kostun John D.A Correlation Study of Computational Techniques to Model Engine Air Induction System Response Including BEM，FEM and 1D Methods［R］. SAE，2003：3－25.

【5】应怀樵.现代振动与噪声技术：第3卷［M］.北京：航空工业出版社，2002：254－258.

【6】李增刚，詹福良.声学仿真计算高级应用实例［M］.北京：国防工业出版社，2010：25－48.

Research on Acoustic Mode of Vehicle Intake System

YANG Jin，ZHANG Xianjie，XIA Yunfeng
（Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu Anhui241006，China）

Acoustic mode of vehicle intake system was validated by test and CAE simulation，to find out the reason that a resonator in system did notwork.The booming noise was removed by changing the position of the resonatorwhich was optimized according to the results of the acoustic mode analysis.

NVH；Intake system；Resonator；Booming noise

2014－04－24

杨晋（1972—），男，硕士，工程师，研究方向为汽车NVH开发。E-mail：yangjin1＠mychery.com。