1 前言

由于中国汽车工业的快速发展，国家对汽车工业的法规也越来越严格。汽车振动噪声就是法规的重要内容，加速通过车外噪声是汽车产品国家强制性检测项目。对汽车厂家而言，必须将汽车的通过噪声降低到某一限度，才能达到法规的要求，才能被消费者认可。

进气系统往往是整车的噪声源之一，由于发动机运行过程中进气阀周期性开闭产生的气流压力波动。当进气阀开启时，活塞由上止点下行吸气，邻近活塞的气体分子以同样的速度运动，这样在进气管内就会产生压力脉冲，形成脉冲噪声；同时进气过程中的高速气流流过进气阀流通截面时，会形成涡流噪声；另外，如果进气管中空气柱的固有频率与周期性进气噪声的主要频率一致时，则会产生空气柱共鸣，使得进气管中的噪声更加突出。当进气阀关闭时，也会引起发动机进气管道中空气压力和速度的波动，这种波动由气门处以压缩波和稀疏波的形式沿管道向远方传播，并在管道开口端和关闭的气阀之间产生多次反射，产生波动噪声，因此，进气系统声学优化是提高整车NVH品质的重要工作之一。

2 问题描述

在某轻型汽车整车噪声改进项目中，进行汽车通过噪声评估测试时，发现其结果超过国家法规要求，并通过对声源近场和通过噪声测试数据的分析识别，判断其进气系统的辐射噪声是非常突出的噪声源，因此有必要对进气系统进行声学优化。

通过噪声的计算方法是测量2档声压和3档声压的平均值。通过噪声的测量场地如图1所示。测试话筒位于20m跑道的中心点两侧，各距中心线7.5m，距地面高1.2m，麦克风方向垂直正对于车辆行驶方向，如图1所示。采用精密声极计声压级测量和应用LMS数据采集系统同时进行声压时域数据采集，以便进行频谱分析。

图1通过噪声的测量现场图

应用LMS系统Cada-X分析软件对通过噪声时域数据的频谱分析，发现该车通过噪声主要贡献来源于二档且集中于140Hz时的第2阶响应、700Hz时的第10阶响应和840Hz时的第12阶响应（如图4a），如何降低这些共振频率点处的振动响应，是本文优化的目标。

3 噪声识别

如图2所示是进气系统的原始设计，根据原始设计对其进行传递损失计算，如图3所示，从中可以看出，进气系统在600Hz处的传递损失比较大，而在700Hz～800Hz之间的传递损失较小，因此有必要对进气系统的结构进行优化，优化的方案可以有多种，例如改变空气滤清器的形状和尺寸，或进气管路的长度，或添加谐振腔等。

图2 原始设计        图3 原始设计的传递损失

原始设计的2档和3档自功率谱瀑布图如图4所示，从中可以看出，2档的第二阶的功率较大，3档的2阶和4阶较大。

(a)2档自功率谱瀑布图                                      (b)3档自功率谱瀑布图

图4 原始设计的自功率谱瀑布图

4 优化设计

4.1 优化设计方案

对进气系统的优化设计可以考虑改变空气滤清器的形状和尺寸、添加谐振腔或改变管路的尺寸等方面来考虑，如图5所示是进气系统的优化设计举例。

图5 进气系统的优化设计

在改变空气滤清的几何尺寸和添加谐振腔后，优化后的进气系统的传递损失通过计算得出曲线如图6（a）所示，从中可以看出，如果对原来的进气系统改变几何尺寸和添加谐振腔，则140Hz附近的传递损失比较大。对此计算结果，可以通过加工制造样件进行测试验证，如图6（b）设置。

（a）进气系统传递损失优化计算结果 （b）进气系统传递损失测试设置

图6 进气系统传递损失优化计算及试验测试

4.2 优化设计的仿真计算与实验测试

图7(a)所示是在没有空气滤清器时的声压级实验数据曲线和仿真计算数据曲线，图7(b)所示是在有空气滤清器时的声压级实验数据曲线和仿真计算数据曲线，从中可以看出，尽管仿真计算还不能完全与实验数据曲线重合，仿真曲线还是很好地体现了实验数据曲线的特点和走向，因此对虚拟样机还是有很好的指导意义。

(a) 没有空气滤清器时的声压级实验数据曲线和仿真计算数据曲线

(b) 有空气滤清器时的声压级实验数据曲线和仿真计算数据曲线

图7 声压实验数据曲线和仿真计算数据曲线

如图8所示是汽车在2档时测得的汽车通过噪声的自功率谱密度瀑布图，图8(a)所示是只改变空气滤清器的几何尺寸的自功率谱密度瀑布图，图8 (b)所示是改变空气滤清器的几何尺寸和添加谐振腔后的自功率谱密度瀑布图，与图4（a）相比，两种方法的第2阶贡献量都被消减。

(a)改变尺寸          (b) 改变尺寸+添加谐振腔

图8 优化后进气系统在2档时的自谱密度瀑布图

如图9所示是汽车在3档时测得的汽车通过噪声的自功率谱密度瀑布图，图9(a)所示是只改变空气滤清器的几何尺寸的自功率谱密度瀑布图，图9 (b)所示是改变空气滤清器的几何尺寸和添加谐振腔后的自功率谱密度瀑布图，与图4（b）相比，只改变几何尺寸反而使噪声加大，再添加谐振腔后，与原设计相比，噪声会有所抑制。

(a) 改变尺寸          (b) 改变尺寸+添加谐振腔

图9 优化后进气系统在3档时的自谱密度瀑布图

5 总结

在对进气系统改的气滤清器改变尺寸和添加谐振腔后，对汽车在2档和3档时的通过噪声进行测量，测得结果分别如图10（a）和图10（b）所示。

（a）二档声压曲线     (b)三档声压曲线

图10 优化后的声压曲线

通过实验数据可以得到，汽车在2档行使时，如果只修改空气滤清器的几何尺寸，可以降低第10阶（725Hz）和第12阶（870Hz）处的声压值3～5 dB(A)，如果再添加谐振腔，可以降低第二阶（145Hz）处的声压值7.5 dB(A)；汽车在3档行使时，如果只修改空气滤清器的形状，可以明显降低700～800Hz之间的声压值，但是对第2阶和第4阶共振频率处的声压值没有抑制作用，如果再添加谐振腔，可以降低第2阶（90Hz）处的声压值5 dB(A)，但会使第4阶180 Hz处的声压值提高2.5 dB(A)。最后采用改变空气滤清器的几何尺寸和添加谐振腔的方法，可以将汽车的通过噪声降低2.5 dB(A)，其他方面的性能仍满足原始设计的要求。