某SUV 车型增压气流震颤噪声分析及解决

石涛陈彦如李克俊乔海波赵玉振（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定0710002-河北省汽车工程技术研究中心）



某SUV 车型增压气流震颤噪声分析及解决

石涛1，2陈彦如1，2李克俊1，2乔海波1，2赵玉振1，2
（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定0710002-河北省汽车工程技术研究中心）

对一款PFI增压汽油发动机匹配SUV整车加速工况增压气流震颤噪声进行测试分析，发现异响发生时发动机与增压器联合运行曲线接近增压器喘振线，增压器处于不稳定状态导致。对被动降噪及主动降噪的不同方案进行验证对比，结合改善效果、开发周期及成本投入综合选定优化ECU标定数据方案为最终解决方案。在保证整车动力性不变的情况下进行ECU标定数据优化，解决了特定发动机转速区间段内气流震颤噪声问题。通过此噪声问题的排查解决，对增压汽油机整车加速气流噪声类问题的排查解决提供了思路。对增压器汽油机与整车标定NVH匹配提供了参考依据。对增压气流噪声的分析解决具有一定的指导意义。

增压汽油机气流震颤ECU标定消声器

引言

随着油耗及排放法规的日趋严格，发动机的小型增压化成为当前的主流趋势。其基本原理在不增加发动机排量的基础上，采用压缩空气的方式向发动机供应额外的新鲜空气，燃烧更多的燃料，从而发出更多的动力。由于进入气缸的空气增多，燃烧过程得到改善，减少有害气体的排放量。

废气涡轮增压技术在提高动力性、经济性，降低排放污染物的同时，整机与整车匹配后的NVH问题尤为突出。本文针对一款SUV车型急加速的气流震颤噪声问题，通过噪声及振动测试设备、ECU数据标定设备等多设备联合进行测试，并对测试数据系统分析，找到了产生问题的机理，有效解决了此噪声问题。

1　噪声问题描述

该车型为一款匹配1.5T增压汽油机的6MT小型SUV车型，车辆在3、4档全油门急加速工况，

在发动机转速1 700～2 200r/min范围内驾驶室存在明显类似青蛙叫“咯咯”音。利用LMS设备采集驾驶员右耳噪声。对右耳频谱分析及滤波回放，“咯咯”声频率为1 800Hz～2 300Hz，对应的发动机转速范围1 700～2 200r/min，噪声频谱如图1所示。

图1　噪声频谱图

2　问题排查分析

2.1确定声源位置

利用专业NVH测试设备及LMS软件对驾驶员右耳、空滤进气口、增压器近场噪声进行测试。通过滤波回放及频谱图对比，发现空滤进气口噪声频谱与驾驶右耳“咯咯”噪声频谱特征对应。由此判定此噪声为空滤口辐射出的气流震颤噪声。

2.2确定激励源位置

为进一步查找此噪声激励源，利用PCB公司的压力传感器对空滤后气体压力波动及增压后气体压力波动进行测试。采用LMS数据采集模块，同时对空滤后压力波动、增压后压力波动、空滤进气口噪声、驾驶员右耳噪声进行数据采集。通过对频谱进行对比分析，增压后压力波动在发动机转速1 700～2 200r/min出现，且频率与“咯咯”声相同，均为1 800Hz～2 300Hz。增压后气体压力波动与噪声频谱存在对应关系，如图2所示。

图2　　增压后气体压力波动与噪声频谱对比

2.3失效机理

根据上述排查结果，此噪声的产生与增压后的气体波动相关。利用LMS采集增压压力波动及进气口噪声，同时采用INCA软件监测ECU中与发动机增压控制相关的发动机转速、增压压力、进气质量、环境温度、档位、增压压力等参数的运行情况并进行记录。

通过MDA软件对INCA软件采集的数据进行读取分析。读取1 500～2 500 r/min转速段内的增压压力及进气质量，通过进气质量及空气密度计算得出体积流量，通过增压压力及环境压力计算得出增压压比。在噪声出现转速段内每100 r/min对压比及流量数据进行统计，在增压器MAP图中进行描点连线，发现异响发生区域实际运行曲线靠近增压器喘振线（如图3所示），此时增压气流处于震颤不稳定状态，气流震颤噪声通过空滤进气口辐射传出［1］。

图3　增压器联合运行曲线map图

3　方案制定及验证

根据测试分析结果结合噪声问题的解决思路，从消除噪声源及隔断噪声传递路径两个基本方向，制定以下方案［2］：

方案1：空滤后管路增加消声器

方案2：增压器压后管路增加消声器

方案3：优化ECU数据降低该转速段增压压力

3.1空滤后管路增加消声器验证分析（方案1）

由于噪声频率1 800～2 300 Hz为宽频噪声，故需要采取多个四分之一波长管并联起到消除宽频噪声的目的，选取1 800 Hz、2 000 Hz及2 200 Hz为消声中心频率。每个波长管的直径及长度利用以下公式根据选定的中心频率计算得出，消声器如图4所示。

Lt=（1-0.608 26×（Db/Dm））×0.821 32×（Db/2），当

Db/Dm＞0.832 1时Lt=0.832 3。

公式1中f为共振频率；Ab、Dm为波长管的截面积与直径，Ab、Dm为主管的截面积与直径。

公式2中L为声学长度；Lt为修正长度；Lb为物理长度；

图4　消声器示意图

对此消声器进行装车验证及NVH测试，空滤口噪声频谱对比如图5所示。噪声有所减小，但主观仍可被感知。

结论：通过对空滤口噪声进行测试及主观评价，此方案可以减弱噪声，但仍不可接受。

图5　方案1空滤口噪声频谱对比

3.2增压后管路增加消声器验证分析（方案2）

根据噪声频率选取2 000 Hz内穿孔板式圆柱型消声器（如图6所示）进行验证。噪声有所减小，但主观仍可被感知。

结论：通过对空滤口噪声进行测试（如图7所示）及主观评价，此方案可以减弱噪声，但仍不可接受［3］。

图6　内穿孔板式圆柱型消声器

图7　方案2空滤口噪声频谱对比

图8　增压压力调整前后MAP图

3.3ECU标定数据优化验证分析（方案3）

根据排查结果，发现异响发生区域实际运行曲线靠近增压器喘振线。可适当降低1 700～1 900 r/min区域内增压压力，使运行曲线远离喘振线。对增压压力降低后的动力性下降问题，在2 000～2 200 r/min适当提升增压压力解决。在ECU标定程序中找到增压压力控制MAP（如图8所示），在实车上进行ECU控制数据微调，寻找消除噪声及保持动力性的平衡点，调整前后ECU控制MAP如图8所示［4-5］。

对ECU数据调整过程中INCA软件采集的数据进行读取，计算得出增压压力及流量，在增压器MAP图中描点对比，原异响发生区域联合运行曲线远离喘振线，如图9所示。

图9　发动机与增压器联合运行曲线

噪声效果确认：对驾驶员右耳噪声进行测试，异响噪声消除（如图10所示），主观评价噪声消除。

动力性验证：对调整前后的ECU数据在整车上进行3档30～70km/h全油门加速进行试验，加速时间无差异，保持了原有动力性。

3.4方案选定

方案的选定需从噪声改善效果、投入成本及周期综合评估。由于方案3的噪声改善效果显著，且不涉及零部件的开发，只需优化ECU标定数据，其周期短、投入低，故选定方案3为最终方案。

图10　方案3空滤口噪声频谱对比

4　结论

1）此噪声是由于整车追求低速动力性，将1 700～2 200 r/min区间段内增压压力提高，使发动机与增压器联合运行曲线靠近喘振线，导致增压气流处于不稳定状态而产生的气体震颤噪声。

2）气流噪声的解决可通过消除噪声源的主动措施或匹配消声器的被动措施加以解决。本文提到的气流震颤噪声通过匹配消声器效果不理想，最终通过优化ECU标定数据从根源上进行了解决。

3）整车与发动机性能匹配标定过程中，除保证整车的动力性、经济性及排放水平外，尤其对增压发动机而言还需要结合整车NVH表现综合进行ECU数据的匹配标定，并进行动态工况的验证。

4）通过此噪声问题的排查解决，对增压汽油机整车加速气流噪声类问题的排查解决提供了思路。对增压器汽油机与整车标定NVH匹配提供了参考依据。对增压气流噪声的分析解决具有一定的指导意义。

1匡小红，杨亮，刘阔翔，等．汽车涡轮增压器轻度喘振识别及噪声控制［C］//中国汽车工程学会.面向未来的汽车与交通——2013中国汽车工程学会年会论文集精选.北京：2013：319-323

2杨景玲，张燕，翟若愚，等.气柱共振和涡轮增压器喘振噪声分析［J］.计算机辅助工程，2013，22（4）：1-5，11

3刘丽媛.增压器噪声控制与进气消声器设计研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010

4周龙保.内燃机学［M］.北京：机械工业出版社，2005

5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

The Analysis and Solution of an SUV Charged Airflow Tremble Noise

Shi Tao1，2，Chen Yanru1，2，Li Kejun1，2，Qiao Haibo1，2，Zhao Yuzhen1，2
1-Technical Center of Great Wall Motor Company Limited（Baoding，Hebei，071000，China）2-Automobile Engineering and Technology Research Center of Hebei Province

This paper mainly described a measuring and analyzing process about a turbo tremble gas noise of a SUV accelerating condition which carried a PFI turbo gasoline engine.This abnormal sound occurred near the turbo surge line of the engine-turbo unite operating curve，while the turbo was in instable working. According to the test and comparison between the active and passive noise reducing method，and thinking about the improvement effect，development period and input cost，we chose the method of optimizing ECU data as the final solution.We optimized the ECU data based on the same dynamic property，and we eliminated the airflow's tremble gas noise which occurred at a specific engine speed area.Through this process，we got a good thinking to solve such problem，and it also provided a reference frame for engine and vehicle NVH calibration，and guided for later turbo abnormal sound problem's solution.

Turbo gasoline engine，Airflow tremble ECU calibration，Silencer

TK411+.8

A

2095-8234（2015）06-0086-05

石涛（1984-），男，工程师，主要从事发动机开发工作。

（2015-06-02）