汽车进气系统轰鸣声传递路径分析

刘焕广，杨晋

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

1 前言

随着可变进气、进气增压等发动机进气技术的广泛应用和不断革新，进气系统带来的NVH问题也变得越来越复杂。

国内外文献主要从控制进气系统（进气口、管道、增压器等）辐射噪声水平的角度来研究进气系统NVH问题。庞剑等[1]从管道声学理论出发概述了进气系统噪声产生机理和常见消声器的设计方法；虞涵仁[2]以某越野车进气系统噪声为研究对象，开展了进气系统消声装置的声学特性仿真与设计分析工作；刘恩等[3]在整车半消声室NVH底盘测功机上研究了进气噪声和车内噪声品质的关联性。李桓等[4]通过静态测试空滤器的消声量、传递损失和在发动机台架上测试进气口噪声品质，研究了空滤器总成的声学特性。但是，行业内仍缺少进气系统噪声结构传递路径的研究。

本文针对某轿车进气系统引起的车内轰鸣声问题，运用传递路径分析方法和“源－路径－响应”的分析思路，分别考察了空气传递路径和结构传递路径的贡献，改进方案经试验验证可有效解决该轰鸣声问题。

2 问题诊断

某轿车在加速工况下，发动机转速为2000r/min附近时，车内后排乘员位置能听到突兀的低频声，有压迫耳膜的感觉，严重影响车内声学舒适性。测试3档全油门加速工况下的噪声数据如图1所示，车内噪声曲线在发动机转速为2130r/min时，出现明显峰值，且为发动机2阶噪声贡献，频率为71Hz。

图1 3档全油门加速右后乘员右耳处噪声

该车进气系统结构组成如图2所示：

图2 进气系统结构组成

为了确定进气系统的影响，将空气滤清器（简称空滤器）和进气引管拆除，在进气软管处增加软管引出发动机舱，并连接大宽频消声器，屏蔽进气系统的影响，如图3、4所示，对比屏蔽前后的车内噪声如图5所示。

图4 增加大宽频消声器

图5 屏蔽进气系统的影响

屏蔽后，轰鸣点2130r/min处车内噪声总声压级降低约5dB（A），2阶噪声下降了约8dB（A），主观感受轰鸣声消失，可见轰鸣声来自进气系统。

3 传递路径分析

传递路径分析方法的理论基础[5]为：

式中，yk为各路径合成的目标k的噪声；Fi为结构传递路径i的传递力；Qj为空气传递路径j产生的体积加速度；Hik、Hjk分别为结构传递路径i、空气传递路径j到目标k的噪声传递函数NTF（Noise Transfer Function）。

结合“源－路径－响应”分析思路，将进气系统噪声传递路径梳理如图6所示。

图6 进气系统噪声传递路径分析

针对空气传递路径，改进车身（包含声学包装）降低噪声传递函数Hjk往往成本高、周期长，因而往往通过优化进气系统，降低其辐射噪声水平，来达到降低车内噪声的目的；赫姆霍兹消声器是针对低频率进气噪声问题的有效措施[1]。图7是进气软管增加71Hz赫姆霍兹消声器前后的噪声对比。

图7 增加71Hz赫姆霍兹消声器的效果

增加消声器后，车内轰鸣点2阶噪声降低近6dB（A），主观感受不到轰鸣声。

为了确定结构传递路径的贡献，断开进气系统（空滤器）与车身的连接，对比车内噪声的变化如图8所示。

断开连接点后，车内噪声2阶峰值下降了约4dB（A），主观感受轰鸣声不明显。

图8 断开进气连接点车内噪声对比

如图9所示，空滤器有3个连接点P1、P2和P3，分别通过橡胶软垫连接到车身侧支架。由式（1）可知，通过降低传递到车身侧的力Fi和降低车身侧连接点到车内的噪声传递函数Hik均可减小结构传递路径的贡献。

图9 空滤器连接点结构

将3个连接点处软垫橡胶硬度降低，改善隔振，可减小传递力。

仿真计算空滤器3个车身侧安装点到车内的NTF发现，P3点Z向NTF最大，且在70-80Hz范围存在明显峰值。P3点为蓄电池托盘为安装空滤器延伸出的安装点，如图10所示为近似悬臂梁结构，通过加强后NTF显著降低，70-80Hz范围峰值降低约10dB，如图11所示。

图10 P3点车身侧支架（蓄电池托盘）

为验证以上分析结果，橡胶软垫硬度由50HA降低为40HA，制作P3点手工加强的支架如图所示12（a），装车测试车内噪声对比如图13所示。

图11 空滤器P3点支架加强NTF仿真

采用结构路径改进方案后，2130r/min车内2阶噪声降低近10dB（A），主观感受轰鸣声完全消除。

图13 40HA软垫+P3点支架加强方案验证

4 工业化方案分析

总结以上，解决该进气系统轰鸣声问题有两条途径：

1）改进空气传递路径，增加71Hz赫姆霍兹消声器；

2）改进结构传递路径，采用40HA硬度橡胶软垫和加强P3点后蓄电池托盘（如图12（b）所示）。

增加赫姆霍兹消声器，需要在进气引管附近留出空间约400mL（含布置间隙要求），周边件的设计变更较多，且新增消声器单件成本。

结构路径的改进方案，橡胶软垫硬度降低，结构不变，只需调整橡胶硫化配方，无成本增加；蓄电池支架P3点加强，仅需加焊一小加强件， 不新增零部件，成本低。

对比看出，结构路径改进方案优势明显，最终工业化实施。

5 结束语

运用传递路径分析方法，结合“源－路径－响应”的分析思路，梳理了进气系统噪声问题的整车控制方法，通过测试和仿真手段，分析了某轿车进气轰鸣声问题空气传递路径和结构传递路径的贡献，并分别制定改进方案，经过试验验证，均能有效解决该轰鸣声问题，也说明了进气系统传递路径分析方法的正确性。

案例中重点讨论了结构传递路径的贡献和改进对策：通过降低橡胶软垫硬度，减小空滤器连接软垫的传递力；加强车身侧面安装支架，降低安装点到车内的噪声传递函数；经试验验证，方案能有效解决该轰鸣声问题，且相比赫姆霍兹消声器有明显优势，为解决进气系统噪声问题提供了新的参考。