进排气系统NVH设计与调试

进排气系统NVH设计与调试
上汽集团股份乘用车技术中心 顾彦 2012-5


用户会怎么说？
用户不会说： “这辆车的道路噪声很好，我要买这辆车。

” 但用户会说： “这辆车声音听起来很酷，我一定要买这辆车！”


汽车振动噪声的殿堂—品牌特性
进排气竟然被委以汽车声音品牌特性的重任！
动力总成，进排气的声音特性 系统运转产生的 N&V 动力总成产生的 N&V 用户操作产生的 N&V
调整至品牌特性 调整至最佳 降低和平衡 必须消除
道路 N&V
没有不正常的噪声，同档次中最好的机械杂音(S&R) 满足汽车振动噪声强制法规要求
风噪
必须满足


进排气系统—烟囱？
节气门 进气口


进气系统关键性能要求
驾乘人员 声音 舱室外观 执行 政府 法规 重量 振动 油气污染排放 运动 支撑 空间 车身底盘
污染物
噪声
传感器 过滤空气
环境 动力总成


进气系统NVH性能


排气系统关键性能要求
驾乘人员 客户 要求 执行 政府 法规 废气排放 安全 重量 振动 热 腐蚀 传感器 背压 重量 动力总成 废气排放 运动 三元催化热控制 安全 声音 外观
运动 支撑 空间 车身底盘
环境


排气系统NVH性能


汽车性能设计
战略 概念 设计 验证 投产
前期设计


汽车性能设计
根据前期调试 结果，进一步 验证，优化 品牌 市场区域 细分市场 车辆平台策略 动力总成规划 …… NVH策略 进排气策略 进排气系统体积 确定进排气主要布置方式 定义进排气子系统性能要求 形成初始设计 ……
详细设计 虚拟调整 样件调试 ……


了解发动机
发动机类型
排量
功率
扭矩
背压的要求
噪声
节气门体处噪声
排气歧管处噪声
等长与不等长
进排气系统的体积
有空间就有可能
但大多数情况下，必须被平衡
设计空间保护
保证10:1扩张比
至少25倍于发动机单缸排量的进气消声体积
或至少0.25L/KW 的排气消声体积 ¼波长管，共振腔的设计保护
进气系统总布置指引
进气口尽量靠前
空滤等至少三点固定在车身结构件上（具有足够刚度）
固定点需有隔振措施
足够动态间隙
排气系统总布置指引
排气消声器尽量前移
排气管柔性结尽量前移
避免长尾管
避免装在排气系统上的隔热板
挂钩布置在排气管模态节点或车身声学灵敏度较小位置
足够的动态间隙
整车
排气系统的NVH要求
典型的进排气噪声衰减
驾驶员耳朵噪声
节气门体/排气歧管噪声
(源)
发动机噪声RPM
噪声级d B A
进排气系统噪声衰减
车身系统的噪声衰减进排气噪声(进气口噪声)
10d B A
整车噪声性能分解为进排气噪声性能
举例（1）
一个进气系统的消声设计优化
发动机节气门处噪声(无消声器)
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定义进气系统插入损失目标
130 120 110 Intake noise(dBA) 100 90 80 70 60 50 40 30 1000
减去 节气门处噪声
进气口噪声水平目标
2000
3000
4000 5000 engine speed(rpm) order target
6000
7000
Overall target
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各阶次插入损失目标


消声方案
„
„
采用两个扩张腔降低宽频 带的噪声 采用Helmholtz共振腔应 对特定的窄带噪声


初始消声方案与效果
在特定频率还存在问题
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优化消声方案与效果
增加一个1/4波长管
共振腔一分为二
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举例（2）
用有限元计算消声元件传递损失


传递损失定义
SAE 2003-01-1653
pi =
S11 + S22 − 2C12 coskx12 + 2Q12 sinkx12 4sin2 kx12
pt = S33
TL = 10log10
Wi p S = 20log10 i +10log10 i Wt pt So


有限元法计算传递损失
„
优点:
„ „
„
三维的声学模型，比一维模型更精确 能够较精确寻找消声系统中的声学节点和反节点，更 有效布置消声元件 从原始几何划分模型，与一维软件相比，降低了模型 的技巧性，使得建模更容易 有限元网格不容易修改 管道穿孔比较难以建模
„
缺点:
„ „
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简单消声器传递损失
Transmission Lost
25 理论解
φ 35.0
φ147.8
φ 35.0
20
TL(dB)
15
10
5
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Freq(Hz)
1⎛ 1 ⎞ TL = 10 lg[1 + ⎜ m − m ⎟ sin (kl )] 理论解高频失效临界频率： 4⎝ 4 ⎠ c0 f c = 1.22 式中m 为膨胀比，k 为波数，l 为膨胀腔长度。

d
2


简单消声器传递损失
举例（3）
排气系统挂钩位置优化分析
基本步骤
建立排气系统有限元模型
定义一系列潜在挂钩点
计算排气系统模态
计算潜在挂钩点的平均驱动自由度位移 结合其他因素，选择确定挂钩位置
平均驱动自由度位移定义第
排气系统吊钩位置优化分析
三元催化
后消声器
前消声器
排气管
法兰
举例（4）
Symposer 在Roewe 550 1.8T上的应用
进排气竟然被委以汽车声音品牌特性的重任！
系
统
运
转
产
生
的
N&V
没有不正常的噪声，同档次中最好的机械杂音
满足汽车振动噪声强制法规要求
用户会怎么说？
这辆车的道路噪声很好，我要买这辆车。

”
VI-NP-AP11-EP-20111227-A-01
瀑布图效果
Baseline
Symposer 6-1.5-2 L2M


阶次谱效果


Q&A















。