Hiss噪聲問(wèn)題分析與優(yōu)化

王偉霞　郭夢(mèng)夢(mèng)　谷加銀　向福泉　李春艷　翟連青

摘 要：某小型SUV在急加速時(shí)車(chē)內(nèi)有明顯的增壓器渦輪Hiss噪聲。通過(guò)對(duì)中冷管（靠近渦輪側(cè)）近場(chǎng)5cm處噪聲測(cè)試，確定渦輪Hiss噪聲由中冷管殼體輻射傳播，鎖定問(wèn)題頻段。對(duì)此頻率段噪聲進(jìn)行壓后寬頻消聲器設(shè)計(jì)并驗(yàn)證。結(jié)果表明，增加相應(yīng)頻段（1600～2600）Hz的壓后寬頻消聲器后渦輪Hiss噪聲降低明顯，且主觀評(píng)價(jià)從5.5分提升到7分。

關(guān)鍵詞：Hiss噪聲 輻射 寬頻消聲器

Analysis and Optimization of Hiss Noise Problem

Wang Weixia Guo Mengmeng Gu Jiayin Xiang Fuquan Li Chunyan Zhai Lianqing

Abstract：A small SUV has obvious supercharger turbo Hhiss noise in the car during rapid acceleration. Through the noise test of the intercooler tube （near the turbine side） 5cm in the near field， it is determined that the turbine hiss noise is radiated by the intercooler tube shell， and the problem frequency band is locked to design and verify the post-compression broadband muffler for this frequency band noise. The results show that the turbo hiss noise is significantly reduced after increasing the compression broadband muffler of the corresponding frequency band （1600～2600） Hz， and the subjective evaluation is improved from 5.5 to 7 points.

Key words：hiss noise， radiation， broadband muffler

1 引言

隨著汽車(chē)用戶(hù)的增多，越來(lái)越多的用戶(hù)更加專(zhuān)業(yè)、更加關(guān)注駕乘舒適度，因此主機(jī)廠也越來(lái)越重視汽車(chē)對(duì)于用戶(hù)的體驗(yàn)和感知質(zhì)量。汽車(chē)噪聲性能作為汽車(chē)用戶(hù)可直接感知的性能之一，受到越來(lái)越多的主機(jī)廠和用戶(hù)的關(guān)注。

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)能較大的提升汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，因而越來(lái)越受到主機(jī)廠和用戶(hù)的青睞，但由于增壓器每分鐘十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)的工作轉(zhuǎn)速，不可避免的會(huì)帶來(lái)渦輪增壓器的工作噪聲。此工作噪聲大幅增加了車(chē)內(nèi)的噪聲，從而嚴(yán)重影響客戶(hù)的駕乘舒適性，甚至令其產(chǎn)生抱怨。

本文通過(guò)對(duì)某小型SUV的Hiss噪聲問(wèn)題進(jìn)行測(cè)試并分析，然后對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，提高了車(chē)內(nèi)噪聲品質(zhì)，改善了駕乘舒適性。

2 渦輪Hiss聲排查

某款裝備渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的小型SUV在三檔全油門(mén)加速試車(chē)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)車(chē)內(nèi)有明顯的Hiss噪聲。按汽車(chē)商品性主觀評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)[1]，主觀評(píng)價(jià)僅為5.5分。

Hiss噪聲是增壓器噪聲中常見(jiàn)的種類(lèi)之一，主要是在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速加速時(shí)，因增壓器轉(zhuǎn)速在較短的時(shí)間內(nèi)快速上升所引起的一種噪聲[2]。Hiss噪聲是一種類(lèi)似流體通過(guò)開(kāi)口泄漏時(shí)所發(fā)出的聲音，例如高壓鍋的水蒸氣通過(guò)出氣閥所發(fā)出的“嘶嘶”噪聲，這種明顯具有高頻能量的噪聲就被稱(chēng)之為Hiss噪聲（又稱(chēng)whoosh聲），其產(chǎn)生機(jī)理是，壓氣機(jī)葉片氣體分離產(chǎn)生的紊流噪聲，為一種輕度喘振現(xiàn)象，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)低速大扭矩的追求，增壓器運(yùn)行曲線進(jìn)入輕度喘振區(qū)域，此時(shí)進(jìn)氣流速較小，壓氣機(jī)葉片根部發(fā)生氣體分離，產(chǎn)生紊流噪聲[3]。其頻率一般為（1000～3000）Hz。

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪Hiss噪聲的解決方案主要有三個(gè)方向：一是從根源上消除噪音的產(chǎn)生;二是在中冷管殼體上包覆吸聲材料阻隔噪聲;三是增加消音元件，消除或降低噪聲。

因本文所述車(chē)型所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)為已量產(chǎn)產(chǎn)品，若從源頭消除噪聲，整改工作較為困難且成本較高。因而排查此噪音傳播路徑，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)近場(chǎng)輻射噪聲進(jìn)行測(cè)試，由圖1可知，中冷管近場(chǎng)5cm處噪聲與車(chē)內(nèi)前排內(nèi)耳噪聲對(duì)應(yīng)，判斷此Hiss噪聲由壓后中冷管（靠近渦輪側(cè)）輻射傳播，其貢獻(xiàn)頻率為（1600～2600）Hz，此頻段內(nèi)輻射噪聲超標(biāo)20dB（A）以上。因此針對(duì)此頻段內(nèi)噪聲對(duì)癥下藥。

3 Hiss噪聲優(yōu)化措施

由上文可知，本案例可選解決方案有通過(guò)吸收或阻隔噪聲以及增加消聲器兩種方案進(jìn)行。但通過(guò)吸聲材料進(jìn)行吸收噪聲方案成本較高，綜合考慮成本因素，本文案例選擇增加相應(yīng)頻率的寬頻消聲器的方式對(duì)渦輪Hiss噪聲進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)氣系統(tǒng)消聲元件通常采用寬頻抗性消聲器[4]，其作為汽車(chē)上常用消聲元件，對(duì)提升車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)有較大用途。

根據(jù)所測(cè)問(wèn)題段頻率及噪聲值，進(jìn)行寬頻消聲器設(shè)計(jì)，要求此消聲器消聲頻率在（1600～2600）Hz內(nèi)，其傳遞損失≥20 dB（A），將此消聲器加裝在壓后中冷管上（靠近渦輪側(cè)）。

下圖2所示為針對(duì)此問(wèn)題所需而設(shè)計(jì)的一款壓后消聲器的傳遞損失分析結(jié)果：

由分析結(jié)果可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的壓后寬頻消聲器主要消聲頻率范圍為（1550～2660）Hz，該頻段范圍內(nèi)傳遞損失大于20 dB（A）。滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

然后對(duì)所設(shè)計(jì)的壓后寬頻消聲器進(jìn)行測(cè)試，該樣件在（1550～2660）Hz內(nèi)傳遞損失大于20dB（A）。樣件實(shí)測(cè)傳損曲線與分析曲線一致，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 增加壓后消聲器效果驗(yàn)證

加裝上文所述壓后寬頻消聲器后噪聲測(cè)試結(jié)果：三檔全油門(mén)加速噪聲測(cè)試結(jié)果顯示：中冷管（靠近渦輪側(cè)）5cm處輻射噪聲明顯降低（圖3）;車(chē)內(nèi)前排司機(jī)內(nèi)耳處噪聲明顯降低，在（1400～2600）Hz內(nèi)，司機(jī)內(nèi)耳噪聲降低最高5dB（A）（圖4）。說(shuō)明加裝壓后寬頻消聲器是合理且有效的。

對(duì)整車(chē)進(jìn)行三檔全油門(mén)加速車(chē)內(nèi)前排內(nèi)耳處語(yǔ)言清晰度（AI）測(cè)試，測(cè)試結(jié)果（圖5）顯示，增加壓后寬頻消聲器后相比于原始狀態(tài)，車(chē)內(nèi)前排語(yǔ)言清晰度（AI）在（1500～3000）rpm提升近10%AI，大幅提升了整車(chē)加速車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)。且主觀評(píng)價(jià)5.5分的基礎(chǔ)上提升了1.5分?？陀^測(cè)試及主觀評(píng)價(jià)均證明，加裝壓后寬頻消聲器的方案非常有效的降低了車(chē)內(nèi)Hiss噪聲。

5 進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化總結(jié)

本文僅研究了進(jìn)氣壓后消聲器對(duì)于消除增壓器Hiss噪聲效果的影響，對(duì)于無(wú)法或不便于從源頭消除噪音的情況下，增加相應(yīng)頻率段的消聲器對(duì)于消除發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器噪音有明顯效果。重點(diǎn)在于鎖定噪音頻率段后，提出目標(biāo)需求，并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)CAE分析、樣件測(cè)試等手段，確保樣件符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，最終通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試及主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)收以確認(rèn)設(shè)計(jì)是否有效解決問(wèn)題。本案例說(shuō)明在增壓器出口后加裝寬頻消聲器方案是合理且有效的，為后續(xù)解決同類(lèi)噪聲問(wèn)題及進(jìn)一步的研究與優(yōu)化提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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