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1、汽车排气 NVH 性能提升 罗碧波 林圣镇 江西昌河汽车有限责任公司 摘 要： 随着汽车技术发展, 消费者对汽车感官质量的要求越来越高。本文详细介绍了某轿车排气 NVH 性能改善的分析思路和方法。通过对车内噪声贡献量分析, 得出排气噪声为主要原因。通过频谱分析和匹配验证, 提出优化方案, 进行试验验证。试验结果表明, 优化后车内噪声有明显改善, 大大降低整车车内声压级, 提高了整车车内声品质。关键词： 排气噪声; 消声器; 后排噪声; 优化; 0 引言随着现代化进展的推进, 噪声污染与水污染、大气污染、固体废弃物污染并列成为世界范围的四大环境污染。城市污染主要污染源就是汽车。设计制造舒适性好、
2、低噪声的汽车是各大主机厂必须考虑的因素。研究表明, 排气系统噪声是汽车噪声的强声源之一, 约占整车噪声的 30%1。因此, 设计振动和噪声较好的排气系统十分重要。汽车排气系统常见由排气歧管、排气管、催化转化器、消声器、隔热罩、吊挂等部分组成。其中, 消声器主要降低排气噪声, 如单一消声器无法满足噪声要求可设计成主、副消声器结构, 理论上消声器的体积越大越好, 但实际上受底盘空间限制。排气噪声主要包括尾管口噪声、排气管和排气系统部件的辐射噪声以及排气脉动噪声2,3。如图 1 所示。图 1 排气噪声 下载原图在 EP (Engineering Prototype) 阶段, NVH 部门提出某款轿车
3、的排气噪声过大, 严重影响整车车内噪声, 对该款轿车上市存在较大风险。本文以某款轿车为例, 阐述了汽车排气 NVH 性能改善的分析思路和方法, 为解决类似问题提供参考。1 问题诊断排气尾管噪声与发动机的转速关系密切, 尤其在转速相对比较低的情况下。由于转速较低为消费者常用的转速, 故此噪声为重点研究对象。低转速时, 噪声频率主要为低频阶段 (大约在 20500Hz) ;当转速较高时, 所产生的摩擦噪声一般频率比较高, 且频带比较宽。通过对某款轿车的整车车内噪声测试结果, 可得出:车内后排噪声过大 (尤其在发动机转速 3000rpm 以下区域) , 其主要贡献能量为发动机二阶能量。如图 2所示。
4、为了进一步分析车内后排噪声过大原因, 先后进行了排气尾管噪声测试、排气尾管屏蔽噪声测试。测试结果如图 3、图 4 所示。从测试结果可以得出:(1) 排气尾管噪声不满足 SSTS (Subsystem Technical Specification) 目标, 且超出目标线 05d B (A) 。3000rpm 转速以下, 主要问题频率在发动机 2 阶;3000rpm 转速以上, 主要问题频率在 6062235Hz。(2) 排气尾管噪声屏蔽后, 排气尾管噪声对车内噪声有 04d B (A) 贡献。排气尾管噪声对车内后排的轰鸣声 (发动机转速约为 1500rpm、2700rpm 附近) 有较大影响。
5、2 优化方案制定和验证消声器的消声性能评价指标主要有两项:消声量和消声频率范围, 在使用现场的正常工作状态, 消声器应该有足够的消声频率范围, 同时对所要求的频率范围应该有足够大的消声量。图 2 车内后排噪声测试 下载原图图 3 排气尾管噪声测试 下载原图图 4 排气尾管屏蔽噪声测试 下载原图从图 2 可看出, 在中低转速下, 尾管口噪声的主要贡献能量为发动机二、四、六阶次噪声, 体现出原排气消声器方案的消声量不足现象;在中低转速下, 频率6002200Hz 区间的能量对尾管口噪声有一定贡献, 体现消声频率范围有优化空间。基于以上特性, 结合底盘结构, 经过两轮的工装验证, 最终采用加大前消声
6、器+优化后消声器内部结构方案, 如图 5 所示。图 5 优化前后排气消声器样件 下载原图优化后, 排气尾管噪声有明显降低, 达到排气系统 SSTS 目标。如图 6 所示。图 6 排气尾管噪声优化效果 下载原图优化后, 整个转速范围内, 车内后排噪声有明显的改善, 尤其在 3000rpm 转速以下区域, 最大幅值相差为 6d B (A) 。如图 7 所示。3 结束语从对车内噪声贡献的角度出发, 排气系统噪声的控制主要是对排气口辐射噪声和排气系统振动产生的结构噪声进行控制。随着汽车技术的发展、人们生活水平的提升, 消费者对汽车 NVH 性能的要求也越来越高, 降低车内噪声, 提高车内声品质, 极大影响汽车品质。本文针对某轿车后排噪声过大问题, 进行了整机噪声源识别测试。最终通过优化消声器结构成功降低车内后排噪声, 提高车内声品质, 为解决其他车型在开发过程中遇到的类似问题提供参考。图 7 车内后排噪声优化效果 下载原图参考文献1邓晓龙, 张宗杰, 刘少彦.FEM/BEM 方法预测发动机油底壳噪声辐射J.华中科技大学学报 (自然科学版) , 2003 (05) :80-82. 2毕嵘.汽车进排气消声器性能的数值仿真研究D.合肥:合肥工业大学噪声振动工程研究所, 2007. 3陈大勇.内燃机排气消声器研究与设计D.重庆:重庆大学硕士论文, 2006:11-12.
