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1、进排气系统噪声和振动开发简介 （NVH)动力总成部 *讲座内容讲座内容发动机噪声简介进气系统振动与噪声（NVH)开发简介排气系统振动与噪声（NVH)开发简介噪声测试及Pass-By Noise进排气系统开发亟待解决的课题进排气系统开发亟待解决的课题 发动机噪声简介发动机噪声简介有关噪声的基础概念有关噪声的基础概念发动机噪声发动机噪声发动机进气噪声发动机进气噪声发动机排气噪声发动机排气噪声发动机噪声测试发动机噪声测试有关噪声的基础概念声音：振动产生声音听觉区域范围：2020000Hz声压级：有效声压和基准声压比的常用对数乘以20，单位为分贝（空气中的参考声压一般取空气中的参考声压一般取2l02l
2、0-5-5Pa Pa )噪声的相加和相减 LP=10LG(10L1/10+10L2/10 )详细的声学知识可查阅书籍详细的声学知识可查阅书籍有关噪声的基础概念1. 声压和声压级声压和声压级刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压（痛阈声压）约为20Pa。 声压 空气中的参考声压一般取空气中的参考声压一般取p0=2l0p0=2l0-5-5PaPa 声压级通过对数压缩：数字简单； 和人的生理感觉特性一致。 一些典型噪声源或典型环境的声压和声压级噪声声源或噪声环境声压（帕）声压级（dB）导弹发射场2000160锅炉排气放空200140汽车喇叭，距离1米20120织布机车间，织布机间过道3.17104大型卡车，车
3、厢内0.6390大声讲话，距离1米0.280繁华街道0.06370安静的房间0.00240轻声耳语，距离0.3米0.0006330树叶沙沙声，树下0.000220乡村静夜0.000063102. 声功率级 声源的声功率级Lw等于这个声源的声功率W与基准声功率W0的比值取常用对数再乘以10。其数学表达式为： 噪声源声功率（W）声功率级（dB）宇宙飞船4107196喷气飞机104160大型鼓风机102140汽锤100120织布机10-1110钢琴210-390小闹钟210-843轻声耳语10-930声压级：表述空间固定位置的声能量；声功率级：表述声源辐射的声能量。声压级：表述空间固定位置的声能量；
4、声功率级：表述声源辐射的声能量。W0=10-12(w)消声声场中的声压级分析消声声场中的声压级分析假定有一个声功率为W的声源，当距声源r (m)，r米处的声压级为 排气设计指南的要求排气设计指南的要求 在急加速和急减速的情况下，整车载荷为70KgX2，按上述方法进行测量的尾管噪声见图5：当发动机转速为1000-2000rpm时，噪声值为82 dB(A)，当发动机转速为5000rpm时，噪声值为92 dB(A)，当发动机转速为6000rpm时，噪声值为97 dB(A)。3.频谱和A 声级人耳等响曲线人耳等响曲线A、C 计权网络噪声开发频谱分析（倍频程）噪声开发频谱分析（倍频程）噪声开发常用分析图
5、表噪声开发常用分析图表进气口噪声对比（绿色为现状态，红色为欧蓝得） （频谱曲线）频谱分析三维图形频谱分析三维图形进气口噪声进气口噪声2档彩图档彩图加上控制的系统原系统声压 dB(L)阶次频率 (Hz)S21排气口噪声排气口噪声2档彩图档彩图发动机噪声概述发动机噪声概述发动机噪声结构振动噪声空气动力噪声1、燃烧噪声2、机械噪声3、液体动力噪声1、进气噪声2、排气噪声3、风扇和风机噪声内燃机噪声源频率特性内燃机噪声源频率特性机械噪声空气动力噪声发动机进气系统噪声发动机进气系统噪声进气噪声源： 1、发动机燃烧和气门撞击声 2、气门开启的周期变化产生的空气动力噪声 3、气体在管道、气门、节流阀体出摩擦
6、发出的声音 4、管路和壳体辐射噪声、及振动传递噪声1、进气空气动力噪声（与发动机点火频率相同） n:转速 z:发动机缸数 i: 发动机冲程系数（四冲程为2）k:谐波次数（阶次数） f f: 噪声频率2、燃烧和撞击声： 频率1000以上（大约）3、空气摩擦噪声： 频率8001000Hz以上（大约）气门周期开启气门周期开启发动机排气系统噪声发动机排气系统噪声排气噪声源： 1、发动机空气动力噪声（周期排气变化形成的噪声） 2、高速强烈排气冲击噪声（对管、空气） 3、辐射噪声（通过壳体） 4、气流摩擦噪声排气空气动力噪声（与发动机点火频率相同） n:转速 z:发动机缸数 i: 发动机冲程系数k:谐波次
7、数（阶次数） f f: 噪声频率发动机排气系统连接发动机排气系统连接发动机挂构和吊耳车身排气歧管排气冷端三元催化柔性连接（波纹管、球法兰）耐久性噪声排放振动背压、功率损失排气系统性能指标排气系统性能指标排气系统开发的难点 （后面介绍）1m airborne noiseTest bed setup Definition of envelope box“ 1m distance for microphones onTop SideLHSRHSFront Side Averaging of all 4 microphones results in 1m airborne noise level 2.
8、0 TCI acoustic assessment发动机噪声测试发动机噪声测试不同噪声水平的噪声构成不同噪声水平的噪声构成不同噪声水平的噪声构成不同噪声水平的噪声构成Standard is 80 dB(A): exhaust noise, engine noiseStandard is 77 dB(A): exhaust noise, intake noise, engine noiseStandard is 74 dB(A): exhaust noise, intake noise, tire-road noise, engine noiseStandard is 71 dB(A): tir
9、e-road noise, exhaust noise, engine noise, intake noise 进气系统噪声开发进气系统噪声开发TURBO NOISE DAMPERDUCT WITH INTEGRATED RESONATOR OR WAVECOMPLETE LINE WITH RESONATOR & POROUS DUCT1、国外车型各种消声结构Admission line : filter & hosesASTRA : Diesel & Gasoline enginesFilterYaris Gasoline & DieselCorolla GasolineAvensis G
10、asoline & DieselVECTRA & SAAB 9.3 : Diesel & gasoline enginesFlexible elbowDecoupling elementClean air shellFilterDirty air shellFilter connectionFlexible elementResonator OrificeExample Jaguar(美洲虎） X150 Air Induction systemShanghai GM L850 Air Induction SystemProd. Location : Shanghai, ChinaProcess
11、: Snap fit designS.O.P.: 02/2006Annual Volume: 110,000Integrated Plug-in MAF sensor2、目前我公司几款车型进气系统情况试验后布置两个谐振腔老状态A21进气系统更改后增加布置两个谐振腔初期A15(BMW)进气系统B11进气系统在参考原车时就设计有谐振腔目前目前B14进气系统进气系统试验要求在此处再试验要求在此处再增加一个谐振管增加一个谐振管B11及B14进气系统谐振腔S11沿用MATIZ进气系统,设计有谐振腔空滤进气噪声问题1、目前各新开发车型进气系统均未布置谐振腔消声结构。2、开发过程中测试结果和提出的方案有时不
12、是很准确，对优 化带来一定的困难。优化方案实施困难3、如何在设计阶段预见性的提出一些解决措施和方法。4、如何提高正向开发能力（噪声、模态、流场分析）耐久性噪声防水振动流阻、功率损失进气系统性能指标进气系统性能指标B 增加空滤器的体积 （扩张式消声）A 改变进气管的截面积进气系统消声方法进气系统消声方法C 增加谐振腔（管、室）LL/ = C /4FScVLc2R2RL=L+0.85RK=2 /R=10lg1+1/4tan2kLL=L+0.85RR=10lg1+C2/4S02( L/S-C2/ V)2Z2VWhy?Why?If a system have several noise peaks,
13、such as at 66.7Hz, 100Hz and 200Hz, three resonators could be used. 1.The Helmholtz resonator frequency depends on Volume, neck section area and neck length2.If the parameters are changed, the tuning frequency will changeD 如图方式：对发动机功率损失最小进气系统示意图进气系统示意图空滤容积的确定1、空滤容积: V=K*L K:经验系数 （45） L: 发动机排量3、空滤的设计
14、： A、上下壳体进出管布置 B、进气管直径的确定（流速 25m/s 小于30 m/s ） C、引气管口位置 D、滤芯的计算：滤芯过虑面积：Q=K*F Q:额定流量 K: 流量系数（经验值：0.03） F:有效过虑面积4、谐振腔的布置 谐振腔计算.xls5、空滤消声量（传递损失）的估算（下页)空滤扩张消声器分析 如果在传声主管中插入一根面积扩张管或收缩管。设主管的截面如果在传声主管中插入一根面积扩张管或收缩管。设主管的截面积为积为S1，中间插管的截面积为，中间插管的截面积为S2，长度为，长度为L。这时插入损失为：。这时插入损失为： 1、投射损失随扩张比增多而增大。2、当sin(kl)= 1 方程
15、的根为： kl=(2n+1)/2 时 消声量最大3、K=2f/c 当S1=S3时 ， 得到第一个公式S3 扩张比对消声量的影响扩张比对消声量的影响流场分析振动模态分析 噪声计算(GT-POWER WAVE)进气系统进气系统CAE分析分析进气噪声的优化进气噪声的优化进气噪声的测量及主观评价噪声频谱分析确定进气噪声产生的原因（多种）布置谐振腔或1/4波长管 谐振腔计算.xls样件准备及验证试验布置确认及工装样件开发进气系统的振动噪声：不是主要的进气系统的振动噪声：不是主要的1、对佳景提供的数模进行分析，大的谐振腔消声频率在61Hz,小的谐振腔消声 频率在205Hz左右，基本符合NVH试验要求。3、
16、空滤噪声试验结果（手工件）：加上200和300Hz的两个谐振腔后，2000rpm以上的进气噪声平均下降2dB(A)，加上60Hz的谐振腔后，1800rpm的进气噪声峰值消除，峰 值噪声 下降6dB(A)左右。（增加200Hz和60Hz的谐振腔大谐振腔小谐振腔进气系统的噪声优化案例进气系统的噪声优化案例排气系统噪声开发排气系统噪声开发耐久性噪声排放振动背压、功率损失排气系统性能指标排气系统性能指标 排气系统开发的难点 各款排气系统参数对比.doc排气系统开发（动力总成参数收集）排气系统布置设计供应商初步确认工艺及背压和噪声布置修改确认及数据冻结提供发动机及附件系统，供应商匹配手工件试制及装车验证
17、（尺寸、背压、噪声）提供车辆供应商走向修改和性能匹配奇瑞噪声、背压确认工装样件开发、OTS认可（B阶段）排气系统开发（动力总成参数收集）排气系统布置设计消声器初步选型(初步内部结构)及布置验证CAE流场分析（背压计算）GT-POWER(RICADO)声学分析CAE排气系统模态分析（约束、自由）手工件试制及消声室台架性能验证（背压、噪声）工装样件开发、装车尺寸确认奇瑞噪声、背压确认OTS认可（B阶段）调整结构、供应商工艺确认NY排排气气NVH1、目前排气系统的开发流程、目前排气系统的开发流程 2、希望到达的开发流程、希望到达的开发流程 排气系统消声的方法排气系统消声的方法赫尔姆兹消声器（多级）扩
18、张消声波长管吸声材料（玻璃纤维）强度考虑 消声器手工计算不可能排气系统消声器的常见结构排气系统消声器的常见结构1、阻性消声器（吸声材料）、阻性消声器（吸声材料）2、抗性消声器、抗性消声器 （消声结构）（消声结构）3、主动和半主动消声、主动和半主动消声相关的资料相关的资料 排气系统设计排气系统设计消声器容积确定（估算、参考其他车型）初步的布置（消声器选型）CFD流场分析（计算排气背压）A21排气系统CFD计算报告.doc muffler.ppt排气噪声计算（GT-POWER/WAVE)应用GT-Power 优化发动机进排气系统噪声.pdf排气系统模态分析（振动分析）A21排气系统模态分析培训.d
19、oc 吊钩位置的确定、吊钩点振幅与频率（确定吊耳参数） 豪华车排气吊钩受力：高档车 24N 普通车 10N手工样件试制及台架验证及优化排气系统噪声开发中存在的难题消声器内部结构的初步确定（用于流场和模态分析）。流场和模态分析已初具能力，声学分析手段暂没有。发动机排气口空管的声学频谱获得（用于声学分析）。通用尺寸验证检具的设计和制作费用（提高样件开发检测能力）。噪声试验验证的手段建立排气系统噪声的优化排气系统噪声的优化排气噪声的测量及主观评价噪声频谱分析确定排气噪声产生的原因（多种）提供状态好的车给供应商优化结构 或者提出具体的方案给供应商进行更改样件准备及验证试验工装样件更改进气噪声和排气一样
20、发动机和变速箱不易分离可集体避之bodyEngine消除方法：轮胎噪声光滑轮胎（无花纹）排气噪声管口噪声串接大消声器消声器辐射噪声声音隔离箱返回噪声优化At low engine speed, the control valve (red) is closed. High restriction under low flow condition is to control low frequency noiseAt middle to high engine speed, the control valve (red) is opened. Low restriction under high
21、 flow condition is to minimize backpressure控制阀控制阀一些噪声优化控制结构Semi-Active MufflerSemi-Active MufflerInternal ValveOutside ValvePass-By NoisePass-By NoiseEEC (Europe Economic Committee) StandardsEEC (Europe Economic Committee) Standards1970: 82 dB197019741984199582807774dB(A)1974: 80 dB1984: 77 dB1995:
22、74 dBRequirement is more restrictThe difference is 8 dBActually, more than 8 dB(A) improvement, because:Vehicles power is increase, potential noise is higherRoad surface is improvedUSA StandardsUSA StandardsSAE J1470SAE J89678 dB(A) for J1470USA requirement is lower than Europe and JapanUSA street i
23、s far away from resident areas Ford vehicle pass-by noise is usually 72 to 74 dB(A)Noise Sources of Pass-By NoiseNoise Sources of Pass-By NoiseTesting of Pass-By NoiseTesting of Pass-By Noise10m10m10m10m10m10m7.5m7.5m3m50 m麦克风麦克风A-AB-BTest FieldInlet Path: 10 m by 3 mOutlet Path: 10m by 3 mMain Body
24、: 20 m by 20 m1 Pass-By trackTesting of Pass-By NoiseTesting of Pass-By NoiseTimes to be tested: At least 4 timesThe difference between every two tests should be less than 2 dBMicrophone Location: Distance from center line: 7.5 mThe height from ground: 1.2 mRequirement of the test fieldAcoustic Requ
25、irement: no objects within 50 mBackground Noise: 10 to 15 dB lower than pass-by noiseRoad Condition: Smooth, road surface errorWeather: 0 0C to 40 0C; wind speed 5 m/sTesting of Pass-By NoiseTesting of Pass-By NoiseDifferent vehicles are required for different speed to approach the starting lineUsua
26、lly,At starting line A-A: 50 km/hr, WOTBetween A-A and B-B: WOTAt ending line B-B:release the gas pedal 不同噪声水平的噪声构成不同噪声水平的噪声构成不同噪声水平的噪声构成不同噪声水平的噪声构成Standard is 80 dB(A): exhaust noise, engine noiseStandard is 77 dB(A): exhaust noise, intake noise, engine noiseStandard is 74 dB(A): exhaust noise, int
27、ake noise, tire-road noise, engine noiseStandard is 71 dB(A): tire-road noise, exhaust noise, engine noise, intake noise 车外加速噪声的研究AABBCCPhotocallPhotocallIntake (进气) engineExhaust(排气)MicMic车外噪声源：轮胎噪声跟车速有关，和转速无关排气噪声从排气管口发出的 由消声器辐射出的进气噪声从进气管口发出的 由空滤器辐射出的动力总成发动机 变速箱将上述各声源逐一消除，从而找出车外噪声的主要声源NVH小组目前能做的试验介
28、绍小组目前能做的试验介绍试验能力：1、一般的加速度信号采集和阶次跟踪分析，相应的频谱分析，例如倍频程，1/3倍频程分析。 2、一般的对自由声场条件要求不高的声音信号采集及频谱分析。3、车身和一些零部件的模态分析。（主要是试验这一方面）4、传递路径分析（目前只能做vibration transfer path analysis ,还不能做airborne transfer path analysis)。5、声音记录回放，滤波，响度，粗糙度，尖锐度分析。 能完成的试验 ：1、车外通过噪声试验。（精度比较低）2、车内匀速噪声试验。 3、车内加速减速噪声测试。4、车内定置噪声试验。5、发动机台架振动试
29、验。6、车外定置噪声试验。7、怠速振动噪声测量。8、整车零部件的振动测试。9、白车身及一些零部件的模态分析试验。10、结构传递路径分析。NVH小组设备引进小组设备引进正在购入的设备：1、声学及振动测量。2、通用信号频谱分析。 3、阶次跟踪分析。4、声强测量分析。5、声音回放。6、车外加速噪声雷达测速系统。7、运行模态分析。8、声功率测量分析模块。9、传递路径分析模块。进排气系统亟待解决的问题进排气系统亟待解决的问题进排气系统亟待解决的问题进排气系统亟待解决的问题1、进气在开发阶段谐振腔布置（便于后期优化）2、排气消声器内部结构了解及掌握（数据库）3、与CAE的合作计算，提高计算的准确性4、试验能力及手段的提高（与供应商合作）5、通用检具的设计制作
