牽引車低阻進氣系統對駕駛室內噪聲的影響分析與優化

【摘要】為降低某牽引車低阻進氣系統對駕駛室內噪聲的影響，基于模態仿真分析和臺架模態測試，建立進氣系統模態仿真模型，對影響駕駛室內噪聲的進氣系統主要階次噪聲進行定位、定頻，并利用該模型研究了進氣系統進氣道總成、空氣濾清器總成和底座總成噪聲的特點、相應降噪措施及效果，通過精準控制上述主要總成的模態并進行優化設計，有效降低了駕駛室內噪聲。

關鍵詞：牽引車 進氣噪聲 模態分析 車內噪聲

中圖分類號：U464.141" "文獻標志碼：A" "DOI： 10.20104/j.cnki.1674-6546.20240359

Analysis and Optimization of the Influence of Tractor Low-Resistance Intake System on Interior Noise

Li Guojun， Jia Zhaoyuan， Li Guanlin， Bi Dapeng， Wang Gongke， Zhang Longfei

（FAW Jiefang Automobile Co.， Ltd.， Changchun 130011）

【Abstract】To reduce the influence of the tractor low-resistance intake system on the cab interior noise， a modal simulation model of the intake system is established， and the main modal noise frequencies that affect the interior noise are located and defined. The paper studies the characteristics， noise reduction measures of intake system air passage assembly， air filter assembly and base assembly， along with thecorresponding noise reduction measures and effects. The modal characteristics of the above assemblies are precisely controlled and optimized， which effectively reducing the overall interior noise of the vehicle.

Key words： Tractor， Intake noise， Modal analysis， Interior noise

【引用格式】 李國軍， 賈昭遠， 李冠霖， 等. 牽引車低阻進氣系統對駕駛室內噪聲的影響分析與優化[J]. 汽車工程師， 2025（2）： 22-29.

LI G J， JIA Z Y， LI G L， et al. Analysis and Optimization of the Influence of Tractor Low-Resistance Intake System on Interior Noise[J]. Automotive Engineer， 2025（2）： 22-29.

1 前言

進氣噪聲是半掛牽引車的主要噪聲之一。半掛牽引車進氣系統的進氣道口布置在駕駛室背面或側面，進氣噪聲極易傳入駕駛室內，從而對駕駛員產生干擾。

牽引車進氣系統的噪聲來源主要包括發動機脈動噪聲[1]和空氣壓縮機脈動噪聲，空氣壓縮機功率較大且啟動頻繁，其噪聲甚至超過發動機脈動噪聲。針對采用天然氣發動機的車型，防喘振閥接口和閉式曲軸箱通風也會成為噪聲來源。上述噪聲源產生的噪聲經過進氣系統衰減、放大并傳遞到駕駛室內部或外界環境，主要傳遞路徑有：發動機進氣門周期性開合在進氣管路中產生的氣壓波動經進氣道口直接傳遞至外界；進氣系統部件，如進氣道總成、底座總成、空氣濾清器總成的壁面受到激勵發生振動而產生噪聲輻射；經由進氣道總成與車體壁面相連部分的結構傳遞。其中，通過進氣管口傳遞至外界的噪聲貢獻量最大[2]，進氣系統部件模態對駕駛室內舒適性影響較大。

目前，針對牽引車進氣系統模態對駕駛室內聲品質的影響研究很少。本文通過模態測試和模態仿真相結合的方法分析駕駛室內噪聲的影響因素，并通過仿真分析進氣系統消聲能力，進而進行低阻進氣系統輻射噪聲定位、定頻，通過對進氣道總成、空氣濾清器總成和底座總成進行模態仿真分析，并結合工藝、結構分析制定模態優化方案，最后開展實車驗證。

2 低阻進氣系統及整車噪聲測試

2.1 進氣系統結構

牽引車進氣系統的主要功能是為發動機提供足量、清潔、干燥和低溫的空氣，由空氣濾清器總成、進氣道總成、減振塊總成、連接波紋軟管總成、底座總成、連接膠管隔熱罩等部件構成，如圖1所示。

2.2 低阻進氣系統

隨著整車發動機排量逐漸增大，為降低整車油耗和提升動力性，需要降低進氣系統的阻力。為此，對進氣系統關鍵部件進行了性能開發：大流量、低阻空氣濾清器總成可在30 m3/min的進氣流量下實現阻力降低0.5 kPa，如圖2所示；低阻進氣道總成可在30 m3/min的進氣流量下實現阻力降低0.6 kPa，如圖3所示。

整車換裝低阻空氣濾清器總成、進氣道總成后，在整車轉轂試驗臺架上測試獲得的進氣系統阻力如圖4所示。

由圖4可知，采用低阻進氣系統后，在整車常用的1 000～1 400 r/min發動機轉速區間內，進氣阻力明顯降低，其中，在1 400 r/min轉速下進氣系統阻力降低0.85 kPa。

2.3 低阻進氣系統整車噪聲測試

換裝低阻空氣濾清器總成、進氣道總成后，怠速工況下整車噪聲測試結果如表1、圖5所示。由表1可知，駕駛室內駕駛員右耳噪聲提高2.6 dB（A）、駕駛員左耳噪聲提高2.7 dB（A）、臥鋪位置噪聲提高2.6 dB（A），進氣口噪聲基本不變。由圖5可知，駕駛員右耳、左耳、臥鋪位置噪聲在80～500 Hz范圍內的多個頻帶增大，進氣口噪聲在315 Hz附近增大。

滿載加速工況下整車噪聲測試結果如圖6所示，駕駛員右耳和進氣口噪聲均增大。

針對低阻進氣系統方案，怠速工況下，進氣管口噪聲目標達成，駕駛員右耳、左耳和臥鋪位置的噪聲均未達到目標要求，滿載加速工況下，駕駛員右耳和進氣口噪聲目標未達成。主觀評價結果顯示，駕駛室內可明顯聽到進氣系統“咚咚”聲。

由于駕駛員右耳、左耳和臥鋪位置噪聲的頻率集中在80～500 Hz范圍內的多個頻帶，需分析進氣系統對駕駛室內噪聲的影響、傳遞途徑和進氣系統噪聲產生機理，并進行優化。

3 進氣系統噪聲產生機理

對低阻進氣系統在0～500 Hz范圍內的消聲能力仿真數據進行分析，如圖7所示，進氣系統在30 Hz、80 Hz、120 Hz、200 Hz和300 Hz頻帶消聲能力相對較弱，其中30 Hz、80 Hz頻帶噪聲源位于空氣濾清器總成前端的進氣道總成和底座總成。

為了驗證仿真分析結果，在基礎進氣系統方案基礎上僅更換低阻進氣道總成，如圖8所示，并開展駕駛室內噪聲測試和進氣道表面模態測試。測試結果如圖9、圖10所示，駕駛員右耳和臥鋪位置噪聲在80 Hz頻段明顯提高，進氣道表面在80 Hz頻段存在明顯的峰值，表明共振是駕駛室內噪聲的來源。

空氣濾清器模態仿真分析結果如圖11所示，進氣口在105 Hz頻帶存在共振模態，共振頻率小于發動機3階激勵頻率，存在共振風險。

進氣系統底座總成模態仿真分析結果如圖12所示，底座出氣口處存在90.2 Hz頻帶2階共振點，存在共振風險。

低阻進氣道總成模態仿真結果如圖13所示，進氣口、進氣道表面存在多處80 Hz共振點，是發動機和空氣壓縮機噪聲傳遞到進氣系統，進而傳遞到進氣道總成的，并且由于進氣系統在80 Hz頻帶處的消聲能力不足，對進氣道的共振點產生激勵形成共振，并通過輻射傳遞到駕駛室內，造成駕駛員右耳、左耳和臥鋪位置噪聲異常升高。

根據進氣道總成模態仿真分析結果，并考慮進氣道阻力、雨水分離性能、制造工藝性等維度，制定4種模態優化方案，如圖14所示。

方案1主要考慮原有模具不變，在進氣口格柵內部采用“目”型支撐結構，改善進氣口格柵處的模態；方案2在1基礎上，在進氣道靠近車身側表面增加網絡型結構，優化進氣道靠近駕駛室側平面的模態；方案3在2基礎上，在進氣道增加網絡型和優化水滴型對頂結構；方案4在方案3基礎上優化網絡型結構的寬度、深度和分布情況。

采用模態仿真分析方法，對4種進氣道模態優化方案進行1～6階次共振頻率仿真分析，仿真結果如表2所示。

仿真結果表明：方案1進氣口格柵處模態改善，但是在進氣道靠近進氣口側仍存在3階共振頻率81 Hz；方案2整個平面的模態改善，但局部存在2階共振頻率82 Hz；方案3對應部位共振頻率為87.7 Hz，可規避中心頻率80 Hz±5 Hz范圍內的共振風險；方案4的2階、3階和4階頻率相對方案3微有下降，無模態改善。

針對方案3進行計算流體力學仿真，分析進氣道阻力、雨水分離性能，結果與優化前方案相當，模具工藝分析結果顯示，方案3可在現有模具上通過修模實現。綜上，方案3為最優方案。

4 進氣系統的模態結構優化

4.1 進氣道總成模態優化

根據進氣道模態仿真分析結果（圖13），考慮共振點模態分布，以及進氣道阻力、雨水分離性能、制造工藝性等維度制定模態優化方案。

首先，在進氣口格柵的內部采用“目”型結構，進氣道中布置類似水滴型對頂結構，并通過仿真優化，實現噪聲波能量吸收和衰減，降低傳遞到駕駛室內部的噪聲，如圖15所示。

在進氣道面向駕駛室側的表面采用網絡型結構，實現噪聲波吸收以及逐級消耗，減小或消除通過輻射傳遞到駕駛室內部的噪聲，如圖16所示。

對進氣道進行模態仿真分析，結果如圖17所示，在前6階共振頻率處進氣道表面模態共振范圍明顯縮小，特別是在80 Hz±5 Hz頻率段沒有共振點。同時，利用快速成型件進行臺架測試迭代，并最終通過了整車驗證。

4.2 空氣濾清器總成模態優化

在空氣濾清器進氣口表面采用蜂窩狀六邊型加強筋提升表面模態頻率，如圖18所示。

對空氣濾清器總成進行模態仿真分析，結果如圖19所示，在3階內空氣濾清器進口模態頻率達到130 Hz以上，規避了發動機3階激勵。

4.3 底座總成模態優化

如圖20所示，在底座總成的出氣口增加金屬支撐，以提升其模態頻率，通過制作快速成型件開展臺架測試，并最終通過整車測試。

5 進氣系統模態優化方案驗證

根據進氣系統模態優化方案，完成相應部件模具修改并生產正式樣件，在試驗車上換裝，如圖21所示，驗證優化方案的有效性。

5.1 怠速工況驗證

怠速工況下模態優化方案測試結果如表3、圖22所示：僅換裝模態優化的進氣道總成，駕駛員右耳、左耳和臥鋪位置噪聲聲壓級明顯降低，與原進氣系統相當，但仍可聽到輕微的“砰砰”聲；同時更換經模態優化的進氣道總成、空氣濾清器總成和底座總成，駕駛員右耳、左耳、臥鋪和進氣口位置的噪聲聲壓級顯著降低，主觀評價駕駛室內沒有“砰砰”聲。

5.2 定置升速工況驗證

定置升速工況下，駕駛員右耳和臥鋪位置噪聲如圖23所示，兩處噪聲聲壓級顯著降低，主觀評價駕駛室內沒有聽到“砰砰”聲。

5.3 滿載加速工況驗證

滿載加速工況下，駕駛員右耳和進氣口噪聲如圖24所示，兩處噪聲聲壓級顯著降低，主觀評價駕駛室內沒有“砰砰”聲。

6 結束語

本文通過研究進氣系統模態對車內噪聲的影響，采用模態仿真、臺架測試和整車測試等方法，實現了對影響車內噪聲的進氣噪聲的定位、定頻，并提出通過模態仿真分析和臺架模態測試相結合的方法，提升模態仿真分析精度，以此為基礎對進氣道總成、空濾器總成和底座總成進行了模態優化方案設計，并通過整車怠速工況、定置升速工況和滿載加速工況開展試驗驗證。驗證結果表明，所提出的模態優化方案有效。

參考文獻

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（責任編輯 斛 畔）

修改稿收到日期為2024年12月4日。