摘要：针对某M P V 车型低转速下排气系统引起的车内轰鸣声，分析和探讨了排气系统噪声对车内噪声产生影响的原因及解决路径，并通过软件GT-POW ER，对排气系统消声器内部结构进行了优化，降低了低转速下车内轰鸣声。其研究结果为后续车型排气结构设计和目标设定提供了指导。关键词：排气系统; 轰鸣声# 专声损失随着人民生活水平提高以及汽车工业的发展，消费者对汽车的噪声、振动及声振粗糙度(noise, vibration 和 harshness,简称为 NVH)问题越来越关注。排气系统作为汽车主要的噪声源之一，改善其噪声水平对提高整车N V H 特性具有重要的影响。在排气系统设计初期，需要对消声器性能特点进行预判，并进行合理的消声性能目标设定[1一2]。作者以某多用途汽车（multi-purpose vehicle，简称为MPV)为研究对象，拟对其排气系统引起的车内声腔模态共振进行研究，分析其引起共振的原因，探讨可能的改善方案；并通过模拟分析与试验结合的方法，对消声器结构进行优化，提升整车的NVH性能，以期为该类车型排气系统开发目标的制定提供指导。1 问题描述某前驱M P V 车型在发动机低转速（转速1 0 0 0 ! 1 5 0 0 转/min)时，车内驾驶员右耳位置存在较为严重的轰鸣声（车内噪声测试结果如图1所示），表现为该转速段下二阶噪声存在峰值，严重影响车辆乘坐的舒适性。对其排气尾管噪声进行测试发现：排气系统噪声虽然满足原定目标线，但在1 0 0 0 ! 1 5 0 0 转/m in转速段存在峰值。在此基础上，对排气系统使用大消声器进行尾管噪声屏蔽* ]，对比屏蔽前(后排气尾管噪声和车内噪声（测试结果如图2 所示）发现:屏蔽尾管噪声后，车内该转速段峰值消除，排气尾管噪声二阶在该转速下降低20 dB(A)。2 排气系统对车内噪声的影响分析2 . 1 排气尾管对车内ATF测试为反映车内各乘员位置对排气尾管处噪声在哪种频率下比较敏感，在整车半消声室内进行排气尾管的噪声传递函数（acoustic translationfunction,简称为ATF)测试。试验方法为：在排气尾管位置布置声源，测试车内对声源的响应。对该M PV车型在整车半消声室内进行排气系统A T F测试，驾驶员右耳处测试结果如图3 所示。从测试结果看，驾驶员右耳位置存在42.2 Hz峰值，即从排气系统传递过来的噪声在该频率下容易引起较大的响应。对应该车型问题转速，峰值位置为1 2 5 0 转/min，二阶对应频率为41.7 H Z与A T F峰值位置比较接近。2 . 2 车内空腔模态估算汽车开发过程中，有时候需要快速预估车内空腔频率，这时可将车内空腔简化成一个长方形盒子，从而预估出空腔模态频率[4]，计算公式为：式中：c 为声速，取340 m/ s ，nx、ny和nz分别为x；y 和z 3 个方向的模态阶数; ，lx、ly和lz. 分别为x；y 和z 3 个方向的长度。根据空腔模态简化计算公式，该M P V 车内x向长度约为4 m ,其一阶纵向模态(nx= 1 ，ny= 0 ,nz=0)频率为：虽然空腔模态简化公式存在着一定的偏差，但仍可判断驾驶员右耳位置A T F 测试中出现的峰值为车内空腔模态频率位置。后续可通过声腔模态试验对驾驶员右耳位置A T F 测试结果进行确认。通过分析，发现引起驾驶员右耳轰鸣声的原因为：排气系统尾管的二阶峰值引起车内空腔模态共振。3 低速轰鸣声解决路径解决整车N V H 问题的方案分为3 类[5- 8]:①从源头上解决；② 从传递路径上隔离；③修改响应点位置属性。对于该问题，响应点为车内乘员座椅位置，而车内乘员座椅位置声学属性取决于车内空腔模态。对于结构尺寸已经确定的车型，车内空腔模态调整空间很小。因此，解决方案只能从声源和传递路径上入手。解决路径如图5 所示。1）噪声源头。需要降低排气尾管噪声二阶峰值，即需要增加消声器低频消声量。增加低频消声量有3 种方式：①调整内部结构，增加低频谐振腔，消声包前移或延长尾管也有效果，但限于结构布置，消声器外部尺寸更改比较困难，只能对内部结构进行调整；② 增加消声器容积，该方案受排气系统结构布置限制，能增加的消声容积也有限；③增加被动控制阀，该方案可较大幅度地降低排气系统尾管辐射中的低频成分，但往往受工艺成本限制，特别对车型开发后期，实施难度也比较大。2 ) 传递路径。排气尾管辐射出的噪声需要经过车身向车内进行传递，属于空气辐射噪声，且由于该频率较低，因此，需要高密度材料对该声音进行隔断;必要时，增强车身刚度，降低车内空腔模态的幅值。由于M PV 车型的开发已处于后期，排气系统外部结构已无可能再做大的改变，因此，解决方案只考虑对消声包内部结构进行调整。4 排气系统结构优化4 . 1 原排气系统结构分析原排气系统冷端总成包含：前级消声器和后级消声器。消声器内部结构如图6 所示。前级消声器的容积较小，在该车型排气系统设计中的作用为消除中、高频噪声；而后级消声器的容积较大，设计为抗性消声器，用来消除中、低频段的噪声。应用软件GT- POWER，建立消声器传声损失计算模型，如图7 所示。计算前级消声器与后级消声器的传声损失，如图8 所示。计算结果表明：前级消声器除在中、高频段的效果较好之外，在50 H z以内也具有较好的消声效果。后级消声器在50 H z 以内的传声损失较低，在中频段具有较好的消声效果。因此，后续优化时，需提升后级消声器在50 H z 以内的传声损失。4 . 2 后级消声器结构优化由于该轰鸣声频率在42 H z左右，属于一个特定频率的噪声，因此，后级消声器优化方案可以考虑：在其内部增加一个赫姆霍兹谐振腔来消除这一特定频率的噪声。赫姆霍兹谐振腔原理如图9 所示。赫姆霍兹谐振腔共振频率为：式中：c 为声速;S c 为连接管截面积; L 。为连接管长度;V 为谐振腔容积。根据作者提出的改进思路，设定谐振腔容积8. 6 L ，连接管内径26 mm，连接管路长度200 mm，考虑后级消声器工作温度约为500 K 时，赫姆霍兹谐振腔作用频率在42 H z左右。后级消声器内部结构如图1 0 所示。绿色管路为赫姆霍兹谐振腔连接管。应用GT-POWER传声损失的计算模型，计算调整后消声器的传声损失，并与原状态进行对比，可发现）0 H z频段的传声损失提升l l d B 左右，100〜200 H z频段的传声损失略有下降，中、高频段的传声损失提升较明显。4 . 3 优化方案效果验证将后级消声器优化方案在实车中安装，进行验证测试。对比原方案测试结果，优化方案驾驶员右耳处二阶峰值降低了 4.3 dB(A) ，总声压级接近屏蔽尾管噪声时的效果；排气尾管噪声在1 250转/m in时二阶峰值降低了 9 dB(A)。车内驾驶员的主观感受改善较大。使用优化方案时，驾驶员右耳处仍存在着峰值，考虑为受排气系统的容积限制。赫姆霍兹谐振腔低频部分消声效果未能达到屏蔽排气尾管时的效果，后续研究中可考虑增加后级消声器容积来调整赫姆霍兹谐振腔容积，以取得更好的效果。5 结论1 ) 针对排气系统尾管噪声引起的车内轰鸣声问题，分析了排气尾管噪声对车内轰鸣声影响的原因；在后续排气系统开发过程中，对于车内空腔模态较低的车辆，应注意控制排气尾管噪声在低转速下的二阶幅值，以避免引起车内空腔共振。2 ) 分析了该类问题的解决路径以及可能的解决方案，为后续车型该类问题提供了指导。3 ) 应用软件GT-POWER，对排气系统后消结构进行了调整、优化，解决了某M P V 车型低速轰鸣声问题。作者：何森东、杨迪薪李洪亮、马果2作者单位：( 1 .中国汽车技术研究中心，天津 300300# 2 广西汽车集团有限公司，广西柳州575007)来源：交通科学与工程
