商用輕卡進氣系統NVH問題研究及解決方案

高玉娥 李恒 張也可 張朝陽

摘要：隨著商用車領域國Ⅵ車型升級換代，卡車車企對于NVH性能也逐漸加大關注與研發投入。本文基于某輕卡進氣系統為研究對象，分析診斷車內加速轟鳴聲問題，最終通過進氣道的優化設計，實現管口噪聲及車內噪聲的抑制。首先，研究了現有進氣道裝車件的傳遞損失特性，分析判斷現有件的實際NVH消聲性能。其次，通過整車道路試驗獲得加速工況車內噪聲特性，分析轟鳴聲的主要貢獻成分，并建立優化目標與解決方案。最后，優化進氣道結構，針對性設計了消聲頻率為100Hz、180Hz、以及245Hz的諧振腔結構，并于整車完成路試驗證，優化后的進氣道結構能有效降低進氣口、車內245Hz成分，且將二階發火階次100Hz成分控制在較低水平，改善了車內駕乘舒適性。

關鍵詞：輕卡;進氣道;NVH;轟鳴聲

0 ?引言

NVH性能作為舒適性衡量的標準之一，目前各大車企對整車振動噪聲水平的控制研究都有強大的投入。相較于傳統動力性、排放性等法規要求，NVH性能指標也逐漸被廣泛采納，作為汽車開發過程中重點關注的指標之一。

乘用車領域對于整車及零部件NVH性能的開發已經處于相對成熟、普遍的階段，而商用車領域，尤其是針對整車搭載附件的NVH開發，仍處于相對滯后的水平。進氣系統作為發動機的空氣供給系統，其NVH性能將直接影響整車NVH水平，甚至影響車內駕乘舒適性，從而影響整車在市場的接受度，最終影響產品的銷量。商用車領域進氣系統NVH開發，目前處于逐漸被關注的起始階段，業內相關的文獻及論著相對較少，但針對進氣管路系統NVH的開發基礎以及結構應用，完全可以借鑒乘用車領域的產品開發，當然需要考慮商用車的實際整車布置、生產工藝、制造模具等工程要求。

本文基于某國Ⅵ商用輕卡進氣系統為研究對象，依據整車道路試驗發現的加速轟鳴聲問題，通過進氣系統的優化設計開發，改善并抑制進氣管口輻射噪聲成分，從而提高加速工況車內駕乘舒適性水平。

1 ?現有裝車進氣系統

圖1所示為國內某自主品牌商用輕卡車搭載的進氣道系統模型，由于其主要功能為吸入新鮮空氣，而且通常布置于駕駛室后端較高位置，因此業內被稱為“高位取氣管”。商用卡車的進氣道，除了空氣吸入供給功能以外，常常還需要防水防塵、氣道粗濾、水分離等功能，這些功能本文將不作贅述。最為重要的NVH性能，在商用車進氣系統開發時也通常將消聲結構集成于進氣道結構，主要原因有以下幾方面：①前期系統開發時未正向考慮進氣系統的NVH性能開發;②空濾零部件的模具成本較高，進氣道模具成本相對較低;③商用車企對于系統零件數量追求較高，普遍不愿接受額外增加消聲器結構。因此，現階段除空濾本體外，商用車進氣系統含有針對性NVH設計的部件，基本就只有進氣道了。

傳遞損失（TL：Transmission Loss）直接反映消聲元件的聲學特性，通常用于評價元件/系統的消聲性能，業內常用兩負載法進行測量。圖2所示即為該輕卡進氣道單體的傳遞損失結果，可以發現集成的三個諧振腔的主要消聲頻率分別為85Hz、465Hz、1000Hz，700Hz附近峰值以及800Hz以上頻段的多個峰值主要系諧振腔主消頻率的高諧次消聲作用。

2 ?進氣加速轟鳴問題

2.1 整車試驗與測點布置

整車試驗于內部專門的試車道進行，路面平坦無明顯障礙物，能夠基本保證每次試驗工況的整體一致性。試驗工況為變速箱三擋，整車WOT（Wide Open Throttle節氣門全開工況）加速行駛。試驗中通過機體振動加速度信號提取發動機轉速，共布置兩個傳聲器，分別于進氣管口45°，距離10cm，以及車內主駕右耳位置。其中進氣管口測點，為避免行駛過程中氣流對傳聲器壓電薄膜的影響，采用了專業風球/防風罩結構，保證測試信號的穩定性與準確性。

試驗時采樣頻率設為25600Hz，據奈奎斯特定律，最高分析頻率可達12800Hz，滿足進氣系統NVH測試需求。提取發動機1000-5000r/min轉速段的時域信號，用于后期傅里葉變換形成時頻分析譜。

2.2 試驗結果與噪聲診斷

圖4所示即為三擋全油門加速工況，車內、進氣噪聲的頻譜結果，由于該輕卡為自然吸氣型發動機，結合自吸發動機進氣噪聲特性及車內主觀評價，選擇分析頻率上限為1500Hz，頻率分辨率為2Hz。車內245Hz附近存在較明顯的共振成分，與進氣口噪聲相一致，且車內主觀表現為氣動噪聲轟鳴。同時進氣口600-700Hz寬頻氣流噪聲對車內高轉速段有一定的影響。除此以外，進氣口180Hz附近中低轉速段存在一定的共振，但與車內噪聲不相對應。因此，主要針對進氣系統245Hz進行針對性優化，兼顧600-700Hz寬頻聲學性能，同時針對進氣口180Hz設計消聲，分析對車內的實際影響。（圖4）

3 ?方案優化與性能驗證

3.1 進氣道結構優化

根據前期的整車路試NVH摸底試驗與處理分析，優化目的在于180Hz、245Hz頻率的聲學性能優化，同時低頻100Hz附近針對2階成分的消聲性能，優化后的輕卡進氣道模型如圖5所示。

圖6所示為該輕卡優化后進氣道單體的TL試驗結果，可以發現三個諧振腔（1～3#）的主要消聲頻率依次為245Hz、100Hz、180Hz，消聲性能試驗結果基本滿足設計目標。三個諧振腔針對主要消聲頻率處的TL幅值分別可達12dB@100Hz、30dB@180Hz、40dB@245Hz。

3.2 進氣道裝車試驗驗證

將優化后的進氣道裝車固定后，進行如2.1所述整車道路試驗，相應工況與原狀態試驗時保持一致。圖7所示即為搭載優化后進氣道的進氣管口及車內噪聲頻譜。采用主客觀相結合的方法分析車內轟鳴聲的改善效果，進氣管口近場245Hz處“共振”成分均已消失，表現為車內加速工況轟鳴聲，略帶有一定的粗糙感。600-700Hz頻段高轉速氣流噪聲得到有效衰減，且車內發火成分2階噪聲80Hz處均有較明顯控制，體現在車內主觀聲學評價，為加速時轟鳴聲被有效抑制，車內駕乘舒適性得到提升。進氣口噪聲表現出的180Hz、320Hz對車內貢獻較低，但180Hz成分針對中低轉速段車內主觀駕乘感有輕微的作用，因此綜合考慮可保留該諧振腔結構。

4 ?結論

以某輕卡加速工況車內轟鳴聲異響為研究對象，對現有進氣道結構的優化，進行針對性NVH設計，驗證進氣系統噪聲對車內轟鳴聲的貢獻以及進氣道優化方案的實際改善效果。

①進氣管口輻射系車內加速轟鳴聲的主要噪聲源及傳遞路徑。

②優化改進的進氣道，有效抑制了245Hz共振成分的產生，且該成分為車內主觀轟鳴聲的最主要貢獻成分。

③進氣道結構對通過245Hz噪聲產生的根本機理，有待后續進一步深入研究。

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收稿日期：2020-05-08。

作者簡介：高玉娥，女，新疆伊犁人，工學學士，從事進排氣系統設計工作;李恒（通訊作者），男，浙江蘭溪人，工學博士，從事發動機CAE設計及進、排氣系統噪聲研究;張也可，女，安徽宿州人，工學碩士，從事進氣系統設計工作;張朝陽，男，山東濟寧人，工學學士，從事進氣系統設計工作。