乘用車進氣系統噪聲測試與分析

摘 要：本研究通過半消聲實驗室與戶外平直路面上車輛乘車進氣系統的噪聲情況進行測試，掌握噪聲的變化情況，同時提出噪聲消除法來實現對主要頻率的識別，從而提出噪聲解決措施。

關鍵詞：乘車進氣系統；噪聲測試；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.035

1 乘車進氣系統噪聲測試環境及設備

乘車進氣系統噪聲測試中，其在不同的環境下，所測定的結果會存在較差的差異，根據《汽車加速行程車外噪聲限值及測量方法》（GB1495-2002）國家標準中所擬定的規定來看，其所測定的A聲級即可作為噪聲判斷的依據[1]。而在實際測試過程中，其所測得的A聲級所反映的所測得的聲源在其特定的環境下，會對測定造成較大的影響，而不僅僅是聲源自身的能量大小。為了能夠更加準確地掌握聲源自身的特性及噪聲級別，就必須對測試的環境做出嚴格的要求。

在實際噪聲測試的過程中，選取半消聲實驗室或者空曠安靜的戶外場地，這些測試環境均能夠基本上滿足實驗半自由聲場的相關要求。半消聲室主要是指對半自由聲場進行人工模擬的聲學實驗室，將被測試聲源放置在強反射的地面上，其聲波以半球面的方式來實現向外輻射，其透射的面積通常為，則能夠獲得相應的測試聲源的聲功率級別：

（1）

上述公司中，主要是指將r作為半徑的半球面上所測得的平均聲壓級。

此外，在國家標準中就測試環境的本底噪聲也有做出了明確規定。這里所指的本底噪聲主要是指在無噪聲測試的情況下，周圍環境的噪聲，當然還包括在場所中存在的風噪聲。對本底噪聲最低的標準是，相較于測試車輛噪聲，應當低于10dB以上，同時還不會受到其他偶然出現聲源的影響。在半消聲實驗室中，背景噪聲應當低于18dB，所測試的噪聲均應當超過30dB，從而使其能夠與測試要求相符合[2]。

在測試過程中，主要通過數據采集系統來實現，對車輛加速期間所產生的發動機轉速信號與噪聲時域信號，并且經過采集系統的分析處理之后，即可得出總聲壓級和階次噪聲。該數據采集系統可實現與軟件的對接，從能夠更加快速地實現對所有裝置的測試，從而更好的保證測試數據的精確度和質量[3]。針對加速噪聲處理，常規情況下是通過階次分析原理來完成噪聲的采樣分析。再經由軟件來完成噪聲信號的處理，并能夠給出噪聲的聲級階次的曲線。

本研究最主要的目的是為了對發動機進氣噪聲進行車內噪聲的影響，為此，在車內分別設置了兩個及以上的傳聲器測試點，并在其車外進氣口位置設置了一個對照測試點。其中車內測點主要設置在后排中間與駕駛員內耳（右耳）之間這個部位，還可在前后兩排座位之間設置一個測試點。具體安裝位置見圖1。進氣管口測試部位通常是與進氣口中心線距離100mm的位置，傳聲器方向則與進氣口中心線相垂直。為了避免風噪聲對測試結果造成影響，采用防風罩罩在測試傳聲器上。

2 半消聲室轉鼓上的進氣噪聲測試及結果分析

將整個停放在半消聲室中，保證實驗室始終處于安靜狀態下，保證能夠獲得更加穩定可靠的測試數據。在測試中，為了保證數據的真實，主要對車輛道路上的行駛狀態進行模仿，選取平滑瀝青路面作為實驗室中轉鼓鼓面，車輛能夠以車帶動鼓面的方式來進行鼓面的行駛。

根據國家標準中對檔位提出的要求，當檔位選定達到額定轉速的情況下，車速應當盡量保持在130km/h左右，但不得超過該速度。對車輛全油門加速期間的相關數據進行測試記錄。測試的范圍應當從發動機最低可能的轉速逐漸轉化為最大可用轉速，在本次測試中，具體情況為：3檔全油門加速，對發動機從1000rpm到5000rpm轉速期間時域信號數據。在進行測試期間，需將車內空調系統和窗戶均完全關閉。

根據圖2曲線圖來看，這里我們僅從2階、4階、6階最主要的影響過來進行分析。圖2中曲線主要用于對噪聲總聲壓級曲線進行表示，其中4.0與6.0分別用于對噪聲4階、6階次聲壓級曲線的表示。

根據圖2來看，在進氣管口位點，其噪聲聲壓級測定結果顯示，當轉速達到了4520rpm時，其噪聲位點也達到了最高，但對其階次曲線及對應的階次峰值進行分析，發現其存在于4300rpm周圍。結合壓力脈動噪聲頻率公式，即可對中周期性脈沖噪聲頻率進行計算，重點了解在發動機4300rpm轉速時，4階、6階所對應的頻率分別為：

在試驗中主要為了屏蔽進氣噪聲均安裝了“絕對消聲器”，這里所指的“絕對消聲器”主要是指其容積應當比進氣系統高出10倍左右，其對于進氣系統而言，屬于一個無限大容積的消聲器，通常在消聲器中會設置相應的吸聲材料。在對消聲器進行安裝時，將其設置在原有進氣系統的進氣臟管段，也能夠將進氣系統空氣濾清器卸除之后，將與進氣凈管段進行有效連接，本研究主要采用了后一種安裝方案，這主要是由于前一種方案僅是將進氣管口噪聲進行了平壁，但卻無法實現對空濾器殼體輻射噪聲的屏蔽。在對消聲器進行安裝之后，再次對噪聲進行測試，結果出現了明顯的變化，見圖3與圖4。

根據圖3顯示結果來看，在完成消聲器的安裝之后，進氣系統在3檔全油門加速的狀態下，其右耳噪聲總聲壓級發生了改變，從4300rpm周圍改變到了3700rpm到4500rpm范圍內，同時可觀察到4階曲線能夠達到4300rpm位置，其峰值在“消聲”之后出現了明顯的下降，其他階次各個峰值均無顯著改變。由此可知，在4300rpm的位置可將其視為進氣系統噪聲的貢獻量，其所對應的頻率為，當達到這個峰值時，就非常可能是因進氣系統而產生的，從而經由波長管或者諧振腔等消聲元件來實現有效控制。

3 在平直路面上進氣噪聲測試及結果分析

經過實驗室的測試，可得出初步的結論，實驗車輛的進氣系統消聲不足的頻率位置。但為了進一步了解車輛在實際路面行駛過程中，其測試結果是否與實驗室測試結果一致，同時對實驗車輛道路行駛過程中，車內加速噪聲水平進行初步的評估，故選取空曠的場所對實驗車輛的噪聲水平再次進行測試[4]。首先在車輛加速行駛過程中原始的車內噪聲和進氣管口的噪聲情況進行測試，再進行消聲器后噪聲情況進行測試。

仍然以上述三點作為噪聲測試點，且同樣在3檔全油門下加速行駛，對轉速從1000rpm上升到5000rpm這個范圍內的噪聲數據進行測試和收集，并且測試期間需將空調系統和車窗完全關閉。測試結果見圖5。

根據圖5來看，在室外測試中，車外所設置的測試點受到了較大的干擾，但從測試結果來看，當總聲壓級達到4300rpm時，仍然達到了峰值，經由進氣管口噪聲對進氣管口噪聲的主要成分無法做出有效的判定，為此，將車內測試結果作為主要考察指標。

在道路上行駛實驗中，“絕對消聲器”的安裝受到了較大的干擾，首先，必須在車身上將消聲器進行有效固定，并確保其不會致使車輛行駛受到影響，同時還不會因振動等出現異常聲響。為此，我們選取車前保險杠作為消聲器固定點，同時在車身與消聲器之間填塞了大量防震材料。

在完成消聲器的裝置折后，再次對平直道路上進氣系統噪聲情況進行測試，測試結果見圖6。根據圖6來看，駕駛員右耳所測定的階次曲線發生了仍然控制在4300rpm這個部位，并且其峰值處于最低值，這就表明平直路面測試結果與半消聲室內測得結果基本一致。為此，我們就4300rpm位置的峰值做出進一步的分析，并對其對應頻率進行計算，結果顯示，。

4 結論

綜上所述，本實驗通過在戶外平直路面與半消聲實驗室，對車輛3檔加速過程中進氣系統噪聲進行了測定，并且分別從車內測點和進口氣點兩個位點進行對比分析，再以“分別運轉消去法”來實現噪聲主要頻率位置的識別。結果顯示，在4階4300rpm其所對應的頻率達到了287Hz，該位置存在進氣噪聲成分，通過對該噪聲進行有效屏蔽，駕駛員右耳的噪聲即可得到了顯著改善。

參考文獻：

[1]張洪武.某乘用車進氣系統對車內NVH性能貢獻研究及改進[D].吉林大學，2011.

[2]張志華，王桂林，劉遲.乘用車進氣系統NVHCFD開發案例[J].內燃機與配件，2010（Z1）：4-13.

[3]姜大軍.乘用車進氣系統核心試驗方法解讀[J].上海汽車，2013（12）：45-48.

[4]陳躍偉，龔利全，魏燚，王強，劉健.乘用車進氣系統的研究[A].四川省汽車工程學會、成都市汽車工程學會.四川省第十一屆汽車學術年會論文集[C].四川省汽車工程學會、成都市汽車工程學會，2013（07）.