轻型汽车技术2021(3-4)技术纵横33
徐伟程鹏飞张朝阳
(上汽大通汽车有限公司南京分公司）
旁支消声器进行消声处理。本文根据声学理论，计算并确定1/4波长管及赫姆霍兹
消声器各项参数，作为不同产品阶段的消声方案，并用两种不同消声器方案的快速
样件进行实车测试对比，消声效果明显，主观评价达到预期效果。
关键词：进气系统噪声1/4波长管赫姆霍兹消声器
1引言
卡车作为一种生产工具，用户以往更加关心 节油、承载等与经济利益关联强的性能。随着人们 生活水平的提高，驾乘舒适性问题也逐渐受到顾 客关注，相当一部分用户已不再满足于载质量、动 力性或超载能力，他们对整车的舒适性需求越来 越迫切，对车辆的振动噪声等提出了明确的要求。
近年来，车辆逐渐向高速化，轻量化方向发 展，结构振动和车内噪声问题日趋显现，减振降噪 被提到更加突出的位置，受到各大汽车厂商的重 视。随着市场的不断拓展及行业的激烈竞争，载重 汽车的舒适性也逐渐成为市场差异化竞争的一个 重要方面。汽车的舒适性是决定其市场竞争力的 重要因素之一，也是现代车辆设计制造水平的重 要指标。
2问题的出现及排查
公司研发的高端系列轻卡，主观评价发现怠 速时会有明显“噗噗”的声音，随着发动机转速的 提高，该“噗噗”声没有消失，在整个转速区间都比较明显，严重影响了整车品质。驾驶室对该异常噪 声隔声能力有限，车内噪声受到很大影响D
经测试及计算分析，怠速工况驾驶员耳旁及 进气口噪声彩图(C o l o r m a p)如图1所7K，加速过程 进气口噪声彩图如图2所示。
从图1进气口怠速噪声彩图分析可以发现，驾驶员耳旁噪声除发动机2阶、4阶对应频率能量 较大外，
在以260H z为中心频率的频率带存在明 显异常。经过滤除该频段频率进行回放，怠速下的 “噗噗”的声音完全消除，故该异常噪声位于以 260H z为中心频率的频率带内。
另外，在220-290H Z频率带存在较大能量分 布，且以260H z尤其明显，这与车内测得数据表现 基本一致。结合主观评价的结果，初步判断怠速过 程车内“噗噗”的声音来源于进气系统。
进一步测量进气口在加速过程中的噪声，如 图2所示，虽然随着转速上升，“噗噗”声出现次数 加快，但是噪声的频率基本不变，维持在220-310H z之间，这就为消除该噪声提供了明确
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图1怠速工况驾驶员耳旁及进气口噪声
图2加速过程进气口噪声
图3进气系统结构
空滤前端进气口
文安路虎车祸空滤后端
图4
进气系统不同位置噪声测点
气泵进气口（带胶管）
方向。
轻卡进气系统通常由脏管，空气滤清器及连 接管组成，同时有干净空气需求的设备也会连接 在空滤之后的进气管道上。在该车进气系统中，制 动系统气泵进气口位于空滤之后，如图3所示。
为了锁定噪声源的确切位置，需要测量进气 系统不同位置的噪声，以便进行对比分析，确定噪
声源头及传递路径。试验测点位置如图4所示。
通过分析试验数据，得到各测点测得噪声在 问题频带内的频谱。比较特征频率在不同测点的 传递及衰减过程，可以寻产生问题频率噪声的 源头，考察不同进气系统元件的消声能力，并针对 性地采取措
施。各测点频谱如图5所示。
对比图5
可以发现，制动系统的动力气泵为
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图5进气系统不同位置噪声频谱对比
该异常噪声的主要来源，其连接于空滤之后的进 气管路上，在180-300H Z频率产生明显的峰值；空 气滤清器作为全频段消声器，在250H z频率附近 消声能力较弱；进气脏管对于该频段有明显的消 声作用，但是经过进气口辐射出的噪声在250H z 附近峰值依旧明显，表现为主观感觉有“噗噗”声。3理论及解决方案
3.1理论分析
经过一系列测试分析，问题已经明了：气制动 系统的动力源气泵产生的噪声，经过进气系 统后没有完全消除，从进气口向外辐射，导致车内 及车外主观评价均存在异常“噗噗”的声音；该噪 声频率不随发动机转速变化而变化，始终处于 220-310H z频率段。
为降低进气系统的噪声，通常采用不同的 消声原件进行处理。管道声学的消声元件，通常 包括扩张消声器，赫姆霍兹消声器及1/4波长管 等。这些消声元件可以选择性地阻止特定频率 或频率段的声波通过管道系统，从而起到消声 作用。
在进气系统中，空滤为典型的扩张消声器。扩 张消声器的传递损失取决于扩张比和扩张腔的长 度，同时也是波长(频率)的函数。扩张消声器为全频段消声器，除特殊几个频率点外，对整个频率范 围都有明显的消声作用。
空滤之前的进气脏管为典型的消声装置。平 头卡车脏管系统一般安装于驾驶室后围，包含若 干固定频率的消声器，通常为赫姆霍兹消声器和 1/4波长管。针对不同的动力系统，需要开发不同 的脏管，通过特定的消声器搭配组合，以达到控制 进气噪声的目的。
1 )1/4波长管
1/4波长管是一种旁支消声器，它是安装在主 管道上的一个封闭管子。当声波从主管道进入旁 支管后，被封闭段反射回到主管道，特定频率的声 波与主管道中同样频率的声波因为相位相反而相 互抵消，从而达到消声目的。
波长管传递损失为式(1)所示：
T L=101g[l+i- (mtan)2](1)其中I.为波长管长度，m为波长管截面积与主管 截面积比值，X为波长。当满足：
飞""一2
传递损失达到最大值，此时波长管长度为：
L- (2n-l)X
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主管道
图8赫姆霍兹消声器
当n=l时，波长管具有最小长度：
4
此时为1/4波长管，其共振频率为式(2)所示，其 中C为声速。
f〇=(2n-l)C(2)典型的1/4波长管如图6，其消声特性见图7所示。
从式(1)中可以看出：影响1/4波长管插入损 失的有两个参数，分别是截面与主管截面的比值 m，波长管长度L。截面积比m越大，插入损失越 大，但并不影响消声频率；波长管长度L越长，消声频率越低。受到安装空间的限制，波长管长度不 能过长，故一般用于消除比较高的频率。
2)赫姆霍兹消声器
图7 1/4波长管插入损失曲线(<p为波长管直径)
图9赫姆霍兹消声器插入损失曲线为连接管直径）
赫姆霍兹消声器同样是一种旁支消声器，它 由一个消声容器和一根连接管组成，连接管安装 于主管道上。当声波在主管道运动时，一部分进入 消声容器推动容器内空气运动，消耗声波能量，从 而达到消声的目的。
赫姆霍兹消声器类似于动力吸振器，容器内 空气相当于附加质量，连接管空气柱相当于弹簧，系统具有固定共振频率，从而吸收特定频率的声 波能量。赫姆霍兹消声器如图8，其消声特性见图 9所示。
根据声波在有旁支管的管道中的传播理论，赫姆霍兹消声器共振频率为式(3):
f^V¥(3
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图10 1/4波长管不同温度插入损失曲线 图11赫姆霍兹消声器不同温度插入损失曲线
表1不同温度下各频率插入损失对比（单位dB)
率(H Z)
温度
200210220230240250260270280290300310320波长管
t=0〇C 3.3 5.28.617.218.69. 1 5.4 3.5 2.3 1.6 1.20.90.7
t=60°C 1.7 2.3 3.2 4.87.512.965.412.87.4 4.8 3.2 2.3 1.7
赫姆霍兹消声器
t=0#C16.519.323.430.74227.222.219.21715.31412.911.9 t=60°C12.614.316.318.822.127.34132.425.121.318.816.915.4
在不同频率的传递损失可以表示为式(4):
T L = 101g1yS^V/L
2S
l_f r
汽车诊断仪fr~f
(4)
式(3) (4)中，C。为声速，S h为连接管截面积，V为腔体体积,L为连接管长度，S为主管截面积。
从式(4)中可以看出：当f=f；时，即共振频率 处，有插入损失的最大值，消声效果最佳，随着频 率往两侧偏移，插人损失快速下降，故赫姆霍兹消 声器为窄带宽消声器。在设计赫姆霍兹消声器时，首先需要确定中心频率，然后计算选取各参数，以满足所需带宽。
3.2解决方案
针对气栗产生“噗噗”的噪声，分别采用1/4 波长管和赫姆霍兹消声器进行处理。基于产品开 发时间节点的需要,1/4波长管具有小批量手工样件的可行性，故试验及小批量样车阶段采用1/4 波长管作为临时方案；赫姆霍兹消声器具有更好 的消声效果，同时体积小安装方便，但是需要进行 模具制造，时间周期较长，故作为长期方案在量产 车上实施。
由于所需消声频段处于220-3丨0H z之间，故 按照中心频率260H z进行计算。考虑到该消声器 位于发动机附近，工作温度取1=601，此时声速C=331.45 1 +2?3{15 =366 m/s
气栗进气主管内径18m m，设定1/4波长管内 径为18m m,1/4波长管尺寸为：
L= =-^=0.352m
4 4f
气泵进气主管内径18m m，设定连接管内管直 径为18m m，长度25m m，
赫姆霍兹消声器消声体
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