某轎車排氣噪聲性能優(yōu)化分析及解決措施

張鶴，鐘素娟，朱帥，何延剛

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某轎車排氣噪聲性能優(yōu)化分析及解決措施

張鶴，鐘素娟，朱帥，何延剛

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在某轎車產(chǎn)品研發(fā)過程中，出現(xiàn)了排氣噪聲偏高導(dǎo)致車內(nèi)噪聲偏大，從而影響乘坐舒適性的問題，為了消除這兩個問題，對排氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析并針對排氣噪聲對車內(nèi)NVH影響進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，通過優(yōu)化排氣系統(tǒng)，最終解決了車內(nèi)噪聲偏高和排氣噪聲影響車內(nèi)NVH的問題，提高了產(chǎn)品品質(zhì)和乘坐舒性。

排氣噪聲；NVH；CAE；優(yōu)化設(shè)計(jì)

CLC NO.:U463.9Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-211-03

前言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車保有量的迅猛增加，排氣噪聲已經(jīng)成為危害城市環(huán)境的重要因素，不僅如此，鑒于目前人們對轎車的使用不再局限于普通的代步工具，對轎車的乘坐舒適性提出了更高的要求，作為影響車內(nèi)舒適性的重要因素，為了限制汽車的排氣噪聲，國家已經(jīng)制定了越來越嚴(yán)格的強(qiáng)制性噪聲標(biāo)準(zhǔn)。

1、排氣噪聲的組成及優(yōu)化方法

1.1 排氣噪聲的組成

排氣噪聲一般由以下成分組成：

1）排氣壓力脈動產(chǎn)生的聲音；

2）氣流流過氣門、氣門座等位置產(chǎn)生的渦流聲；

3）由于邊界氣流擾動產(chǎn)生的噪聲；

1.2 排氣噪聲的優(yōu)化方法

一般而言，排氣噪聲是汽車噪聲的主要噪聲源，降低排氣噪聲將大幅減小對車內(nèi)噪聲的輻射水平，從而對乘坐舒適性產(chǎn)生較大的影響。

排氣噪聲屬于空氣動力性噪聲，排氣噪聲研究涉及到氣體流動、傳熱、振動、聲學(xué)以及發(fā)動機(jī)的性能等學(xué)科，具有相當(dāng)?shù)碾y度和復(fù)雜性。目前排氣消聲器是控制排氣噪聲的主要手段。設(shè)計(jì)排氣消聲器要考慮很多的因素：排氣噪聲的聲學(xué)特征，采用的聲學(xué)結(jié)構(gòu)，以及造成的功率損失等。通過試驗(yàn)分析和模擬分析相結(jié)合的手段改進(jìn)消聲器是合理有效提高消聲器性能的重要途徑。

文章所針對的某轎車車型在加速過程中排氣噪聲較高，對車內(nèi)噪聲影響較大，平均約有2dB以上的影響，尤其對后排座的影響較大，嚴(yán)重影響了整車噪聲的品質(zhì)。采取通過GT-Power軟件模擬分析優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時保證排氣背壓基本維持不變對其進(jìn)行改善。

2、排氣噪聲偏高及優(yōu)化

該車在三擋全油門加速時，排氣噪聲較高，對車內(nèi)噪聲影響較大，平均約有2dB以上的影響，尤其對后排座的影響較大，嚴(yán)重影響了整車噪聲的品質(zhì)。

圖1為三擋全油門加速時駕駛員右耳頻譜圖，從圖中更可以看出1000rpm～2500rpm（33.3Hz～83.3Hz）之間2階噪聲較高，4階噪聲在低轉(zhuǎn)速（67Hz～234Hz）和3500rpm（234Hz）各存在一個峰值。由于2階和4階噪聲能量值較高，對車內(nèi)的輻射能力較強(qiáng)，導(dǎo)致車內(nèi)噪聲在相應(yīng)的借此下噪聲較高，尤其是4階噪聲在3500rpm的峰值對后排座的影響較大。為了改善排氣噪聲品質(zhì)、消減排氣噪聲對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量，必須降低中低頻噪聲對排氣噪聲的影響，同時要降低4階噪聲在3500rpm（234Hz）的噪聲峰值。

圖1 3-WOT，駕駛員右耳頻譜圖（track time），頻率區(qū)間33～83Hz、234Hz

2.1 排氣消聲器優(yōu)化分析

使用軟件GT-Power進(jìn)行排氣噪聲進(jìn)行模擬分析，圖2為排氣噪聲模擬分析的處理模型。

圖2 排氣噪聲模擬分析處理模型

圖3為CAE分析的優(yōu)化方案與原方案的主消的插入損失對比分析結(jié)果，顯示優(yōu)化方案相比原方案的插入損失整體上有較大改善。

圖4為三擋全油門加速時排氣噪聲的對比頻譜圖，圖中可以明顯的看出裝配優(yōu)化后的消聲器比裝配原消聲器排氣噪聲要小，在低轉(zhuǎn)速1000rpm（33.3Hz）下噪聲可降低6dB左右，另外在整個中高頻都有2dB左右的降低，各個階次下的噪聲在低頻段都有較大的改善，同時4階噪聲在3500rpm（234Hz）也有約3.5dB的降低，由此證明優(yōu)化后的消聲器效果明顯。

圖3 排氣系統(tǒng)主消插入損失模擬對比分析

圖4 3-WOT，駕駛員右耳優(yōu)化前后對比頻譜圖

圖5為三擋全油門加速時車內(nèi)后排座右的噪聲對比頻譜圖，由圖中可以看出車內(nèi)后排噪聲在低頻段有較大的下降，3000rpm以后的高頻段也有很好的效果。試驗(yàn)結(jié)果與CAE模擬分析趨勢大致相同，從而反證了CAE模擬分析的有效性。

圖5 3-WOT，車內(nèi)后排右座優(yōu)化前后對比頻譜圖

3、排氣背壓對比分析

排氣噪聲的控制不是一個簡單的過程，需要綜合考慮。由于排氣系統(tǒng)要消耗一部分發(fā)動機(jī)的功率，從而降低了整車的動力性，這種犧牲動力性的做法往往會得不償失，所以我們在降低噪聲的同時，必須考慮到功率損失的問題。因此，必須對裝配優(yōu)化前后的消聲器進(jìn)行排氣背壓的CAE流體分析和整車的排氣背壓試驗(yàn)。

3.1 排氣消聲器優(yōu)化分析

利用GT-Power對排氣系統(tǒng)背壓進(jìn)行分析，圖6所示的排氣系統(tǒng)計(jì)算模型，圖7為模擬分析的排氣背壓分布圖，根據(jù)模擬分析結(jié)果顯示主消的背壓增加了1kPa，而整個排氣系統(tǒng)基本沒有變化。

An automobile exhaust noise performance optimization analysis and solutions

Zhang He, Zhong Sujuan, Zhu Shuai, He Yangang
( Hefei, anhui province, anhui jianghuai automobile co., LTD., 230601 )

In a course of product research and development of the car, the car exhaust noise on the high level that caused big noise, which affects the ride comfort, in order to eliminate the two problems, analyzing the exhaust system is optimized and the exhaust noise and influence on harshness inside the car in test, by optimizing the exhaust system, finally solves the interior noise on the high side and the exhaust noise influencing interior harshness problems, improve the product quality and comfort.

Exhaust; noise; NVH; CAE; optimization analysis

U463.9

A

1671-7988(2017)02-211-03

張鶴（1984 -），男，哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科，現(xiàn)就職于江淮汽車技術(shù)中心從事底盤設(shè)計(jì)工工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.072