进气系统的噪声及其调音

进气系统的噪声及其调音
进气系统的噪声及其调音

进气系统的噪声及其调音

一 汽车噪声的特征

在汽车行业,在涉及噪声与振动时,常采用一个词NVH ,即是噪声(Noise ),振动(Vibration )和不舒适(Hardness )三个英文单词的简写。人的耳朵是一个非线性结构,对不同噪声的听觉不一样。噪声与振动能让乘客直接感受到一部车是否舒服。对此,汽车公司投入大量人力物力来减少噪声与振动。

对于一部车的噪声指标,政府对其的法规只有一项——通过噪声标准(pass-by noise )。即汽车整体通过时产生的噪声,包括进气系统的噪声等其他一系列在汽车通过时产生的噪声,在欧洲,通过噪声为74dB ,美国为78dB 。随后汽车制造商会将不同的噪声要求分配到不同的汽车部件上,比如这次的a1774_AFS GP50项目,根据泛亚要求,进气噪声与发动机转速的关系如图,即要求进气系统的噪声在以下转速下不超过此直线的范围。

汽车噪声有两个特点。一是与发动机的转速和汽车行使速度有关,二是不同的噪声振源有不同的频率范围。下图表示汽车噪声与行使速度的关系:

,轮胎与路面的摩擦是主要噪声,而在高速时,车身与空气之间的摩擦是主要的噪声。

图表示噪声源与频率的关系: 动

低速时,发动机是主要噪声源,中速时间汽车速度

下频率

低频时,发动机是主要噪声源,中频时变速箱和风激励噪声占主导成分,高频时考虑的是说话的声音是否清晰,即所谓品质问题。

压缩质点振速和声功率等。其中声压和频率是两个主要参数,声压,瞬时声压对时间声压与位置和时间有关,下图表示某固定时间而在不同地点的声压情况:

图表示某固定地点而不同时间的声压情况:

出来的上噪声的概念是纯主观上的定义,但是大部分噪声是人们共识的,如汽车的交

二 声学的基本概念

当物体振动时,会引起周围空气振动,空气具有质量和弹性,是可以压缩的。空气被后会扩张后又被压缩,由于这种不断扰动,空气就产生一定压力,从而产生了声波。

描述声音的参数有声压,频率,也是测量的主要对象。

声压是指当地声压与大气压之差。声场中某一瞬时的声压称为瞬时取均方根值称为有效声压,一般声学仪器测得的往往是有效声压。

下声源的强弱用声功率(W )来表。单位时间内,通过垂直于声波的传播方向的单位面积的声能称为声强(I ),单位为W/m 2。声强的大小与离开声源的距离有关,因为声源是从一点向四周辐射,声源单位时间内辐射声能是一定的,离开声源越远辐射声波的面积越大,通过单位面积的声能就越小。

上述的声音都与人的反应有关。声音的频率范围非常广,而人的听力范围是从20~20 000Hz 。实际

通噪声等。

三 声级的评估

声压的平方与性量,即响度N ,单位为“宋”

(sone )。响度为2宋的声音比响度为1宋的声音响一 的概念,下图为A,B,C 计权网络的衰减曲线,它们分别是模拟不同响度对人耳的反应。

评价一个声音的强弱可以用声功率,声强,声压等。对于1 000Hz 的纯音,人耳刚刚能

够感觉到的声压为2X10-5Pa ,称为“听阈声压”

,人耳难以忍受的声压为20Pa ,两者相差一百万倍,显然用声压来表示声音的强弱很不方便。同时人耳对声音的感觉不是与声压的绝对值成线性关系,而与其对数近似成正比。取一个参考声压,用某个测量或者计算的这个参考值的的平方相比,再取自然对数,然后乘以十就的到“声压级”。

L p =10 lg P 2/P 02,式中P 是实际声压值,P 0是参考声压值,声压级的单位是dB 。

前面提到的人类的听觉频率范围是20~20 000Hz ,人在这些不同频率下对声音的的强弱感受是不同的。为了反应人耳对所有频率的声音听起来响亮程度相同,就引入了响度级

L N , 单位为“方”

(phon ),下图表示响度级曲线。图中的每根曲线是相同的响度,即听起来同样响亮。这条曲线是以1 000Hz 声音的声强为参考的,即在这个频率时,响度级等于声强级。但是在其他频率下,这两者是不相同的。响度与主观评价没有直接关系。这样就引入了

一个线倍。

为了使噪声测量仪器的读数与人对声音的主观感觉一致,必须对声信号进行修正,从而引入了升级计权

四噪声测试技术

一. 噪声标准

中国先后颁布了机动车噪声限制和实验方法的国家标准GB 1495-79《机动车辆允许噪声》和GB/T 1496-79《机动车辆噪声测量方法》,对与a1774_AFS GP50项目,主要是针对进气系统的噪声测量,一般国家只有车辆通过噪声的要求,零部件的试验方法和要求主要遵循汽车制造商的标准,如GMW14217(air intake system snorkel noise)和GMW14225 (Air Induction System Radiated Sound Pressure Level)。

二.噪声测量仪器

测量声音的基本系统组成包括传声器(麦克风)、声级计、频率分析仪、放大器和滤波 系统、读数装置和校准系统。大多数声音测量系统用于获取有关心理声学的信息,因此,一 般将仪器设计成具有类似人耳的非线性特性,并且包括滤波网络,用来分离和识别各种复杂 声音的各频率成分。

1.麦克风

大多数麦克风有一个作为初级传感器的膜片,该膜片被作用在其上的空气所激励而运 动。膜片后面连接有提供模拟电信号的二次传感器,将膜片的机械运动转换为电信号输出。电容式麦克风时声音测量中最常用的麦克风。它配置有一个张紧的金属膜片,厚度在

0.0025-0.05mm 之间。该膜片组成空气介质电容器的一个动极板(如下图所示)。因此声压的冲击所导致的膜片运动而产生一个输出电压。

2. 声级计

声级计接收输入的声压,输出一个与声压成正比的计示读数。声级计通常包含有滤波 器组成的权重网络,用于粗略地将仪器响应与人耳响应相匹配。由于人耳的频率响应是非线 性的,因此声级计的频率特性应模拟人耳的频率特性。下图显示一种声级计标准化加权特性,可通过对声级计仪器的设计来加以选择。由图中可以看到,其中滤波器的响应有选择地在低 频和高频上较弱,非常类似人耳的频率响应。

习惯上将特性曲线A 用于低于55dB 的声压级,特性曲线B 用于55-85dB 之间的声压 级,特性曲线C 用于大于85dB 的声压级。

3.声音信号的频谱分析

测定声压或声压级的值虽然提供了对声强的度量,但没有指示出声音频率是如何分布 的。实际工作中,常常为了消除噪声,希望知道声音中涉及的主要频率成分。因此要对声音 作频谱分析。

测定声音强度与频率的关系成为声音的频谱分析,一般用带通滤波器来实现。对采集 的时域信号,通过滤波器进行滤波,然后进行FFT 变换,即可得到该滤波器感兴趣的频率范 围的声音频谱图。滤波是选取信号中感兴趣的成分,而抑制或衰减掉其他不需要的成分。能 实施滤波功能的装置称为滤波器。根据滤波器的选频方式一般可将其分为低通滤波器、高通 滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。下图表示出了这4 种滤波器的幅频特性。

a. 低通滤波器。从0 到f2 频率,幅频特性平直,该范围称之为通频带,信号中高于f2 的频 率成分则被衰减。

b. 高通滤波器。滤波器的通频带为f1~∞,信号中高于f1 的频率成分可不受衰减的通过, 而低于f1 的频率成分被衰减。

c. 带通滤波器。它的通频带为f1~f2 之间,而其他频率成分则被衰减。

d. 带阻滤波器。与带通滤波器相反,其阻带在f1-f2 之间;其他频率成分则可通过。

在进行噪声频谱分析时,常常将带通滤波器进行并联(如下图),用于信号中特定频率成分的提取和分析。使用时,将被分析信号通入一组具有相同增益但中心频率不同的滤波器,从而各个滤波器的输出反映了信号中所含的各个频率成分。

在声学测试中,由于1/3 倍频程滤波器在500Hz 以上的频率能更好的模拟人耳对不同频 率声音的灵敏度,且1/3 倍频程滤波器较倍频程滤波器有更高的频率分辨率,因而被常常使 用。下表列出了ISO 中定义的1/3 倍频程的中心频率以及上下截止频率。

三.噪声测试环境

噪声测试环境(声场)对测量结果影响很大。因而,不同测试环境中使用的测量分析仪器和测量方法有相当的差别。

许多噪声标准中,规定用测量A声级来作为评判噪声的依据,所测得的A声级是是反映了所测声源在特定声学环境中对该测点的影响,而不只表示声源本身所发出的声能的大小。

若在环境中粗存在反射体,则测到的声压是直达声与反射声叠加的结果,而反射声的强弱随环境变化不同而变化。因而,同一声源处于不同环境中所测得的声级也存在差异,必要时对测量结果进行修正。根据距声源远近分类,声场可分为近场和远场;根据声场性质分类声场可分为自由声场,半自由声场,扩散声场和半扩散声场等。

1.近场和远场

下图定义例如远场和近场,自由声场与混响声场位置关系(r为距离)。在声场中,质点振动速度和声压存在平面波的简单关系的区域称远场。在汽车噪声测量分析中,一般声源的声压或声功率级的测量均在远场进行。

2. 自由声场及消声室

自由声场指只有直达声没有反射声的理想化自由空间。在实际中很难找到这种条件,通常只要反射和直达声相比十分小,则可把它看作是自由声场。消声室的墙壁可以吸收大部分声音,且由于消声室内容易控制测量条件,不受气候影响,在实际中使用较多。

3.半自由声场及半消声室

半自由声场指只存在直达声和一次反射声的声学空间。实际中开阔的室外环境和实验室中的半消声室可近似为半自由声场。在半消声室中,反射声可能对测试结果带来较大的误差,但是对于汽车,发动机这样的宽频声带源,由于不同频率波和反射声之间相位差不同,所有频率无规则叠加结果,在离地面1/4中心频率波长以上位置的测量误差小于3dB。对与进气系统的声学测试也是在半消声室中进行的。

4.扩散声场及混响室

声波在声场中反射多次,致使声波在所有方向的幅度与概率传播的声学空间称扩散声场。混响室可近似为这中声场。

5.半扩散声场及半混响室

在实际的汽车噪声测试中,经常遇到声场是介于自由声场和混响声场之间,称之为半扩散声场。满足这一声场的房间称为半混响室。半混响室适合于一般性的汽车及零部件噪声测试,是最为普通的测试环境。

五 进气系统的声学特性

一. 进气系统的消声元件

作为进气系统的噪声控制,主要就是利用进气管上的消声元件来达到消声的目的,同时气体在进气系统中运动,又必须满足空气流动的要求,另外还有材料安装空间等方面的要求。

1.扩张消声器

扩张消声器是由一个主要腔室和两边之间连接的管道组成,进气系统的空滤滤盒,如下图所示。进气管道的截面积S1和出气管道的截面积S3比扩张腔室的截面积S2要小。由于截面

积变化,声抗也随之变化,因此扩张消声器是一种抗性消声器。声波在进气管中前进,当到达与扩张室的交界处时,一部分被反射回来,形成反射波;一部分进入扩张室。声波进入扩张室后,一部分入射波被反射回来,而剩下的被投射到出气管中继续传播。

S1

S2

1)扩张比对传递损失的影响

m=S2/S1称为扩张比,当扩张比m增加,传递损失就增加。增加扩张比可以增加扩张器的截面积S2或减小管道截面积S1,但是两种方法都是有限的。在进气系统中,增加扩张器的截面积往往受到安装空间的限制,而减小管道截面积却会影响到气流流量。当截面积过小时,若气流速度太快,则会引起管道壁上很高的摩擦噪声。在选择进气管道时,有时会用到扩张管道,如下图所示,这种管道既可以减小进口的截面积以便增加传递损失,同时也不至于使气流受阻太大以便减小概率损失。

2)扩张器长度对传递损失的影响

当扩张器长度变化时,传递损失的幅值不变,但是其最大和最小值所对应的频率却改变了。当扩张比固定时,传递损失的最大值也随之固定。当扩张器的长度增加时,最大值的中心频率是减小的,同时,传递损失的带宽也减小,如下图所示。

旁支消声管是将消声器连接在进气主管上,如下图所示。当声波传到旁支消声器后,一部分入射波被反射回主管形成反射波,一部风入射波继续在主管传播形成透射波,还有一部分声波进入旁支消声器。在消声器内,入射进来的声波遇到边界时会将一部分波反射回消声器。在主管与消声器接口处,消声器内某些频率的反射波与主管的入射波相位相反,两个波互相抵消形成一个声压的节点或者使得入射波的幅值降低。声波能量在旁支消声器内没有消耗,而仅仅是旁支管和主管之间能量发生转换,一部风能量相互抵消,所以旁支消声器是抗

性消声器。这种消声器只能消除单频噪声或窄频带的噪声。旁支消声器常包括赫姆霍兹消声器和1/4波长管。赫姆霍兹消声器传递损失比1/4波长管的消声频率要宽一些。赫姆霍兹消声器通常用来消除低频噪声,而1/4波长管用来消除频率比较高的噪声。

3. 赫姆霍兹消声器

赫姆霍兹消声器是旁支消声器的一种,如下图所示。图中V是赫姆霍兹消声器的容积,Sc和lc分别是连接管的截面积和长度。赫姆霍兹消声器由一个消声容积和一根短管组成,短管与主管连接。

入射波在主管运动,当到达消声器时,一部分被反射回来,另一部分分成两个分路。一路进入容器或者是推动容器内的空气运动,另一路继续在主管中传播,形成透射波。由于管道交界处的阻抗的变化,从而达到消声的目的。

影响赫姆霍兹消声器消声频率和传递损失的参数有容器的容积V,连接管道的长度lc,连接管截面面积Sc,和主管截面面积Sm。传递损失还取决于消声器的频率,其峰值在共振频率处。但是传递损失与消声器的形状没有关系。现在分析各个参数对共振频率和传递损失的影响。

1)容积V对传递损失的影响。

当容积增加时共振频率降低,传递损失最大值所对应的频率是随着容积增加而降低的,但其幅值变化却没有规律。

2)连接管截面积Sc对传递损失的影响。

当截面积增加时,共振频率也增加。传递损失最大值所对应的频率是随着截面积增加而增加,但其幅值变化却没有规律。

3)连接管长度lc对传递损失的影响。

当连接管长度增加时,共振频率下降。传递损失最大值所对应的频率是随着连接管道的长度增加而减小的,但其幅值变化却没有规律。

4)主管截面积的影响。

共振频率与主管的截面积没有关系。当主管道截面面积增加时,传递损失减小。当主管直径增加时,其传递损失的幅值降低,频带也变窄,但对应频率不变。

4.1/4波长管

1/4波长管是安装在主管道上的一个封闭的管子,如下图所示。当声波从主管道进入旁

支管后,声波被封闭端反射回主管道,某些频率的声波与主管道中相同频率的声波由于相位相反而互相抵消,从而达到消声目的。

这种旁支管的频率值取决于管道的长度。管道越长,频率越低。影响1/4波长管传递损失的参数有两个,一个是旁支管的截面积与主管截面积的比值m,另一个是波长管的长度。

1)旁支管的截面积与主管截面积的比值m对传递损失的影响。

当截面积比越大时,传递损失越大。当截面积比越大时,传递损失的幅值越大而且带宽也越宽,但截面积之比并不影响其共振频率。

2)波长管的长度对传递损失的影响。

波长管的共振频率与长度成反比。波长管越长,共振频率越低。由于波长管往往受到安装空间的限制,波长管常用来消除比较高的频率。

二.进气系统噪声分析与设计

1.进气系统噪声问题

进气系统噪声是汽车最主要的噪声源之一。进气系统的噪声主要是指进气口的噪声(snorkel noise),这个噪声离车厢很近,对车内噪声贡献很大。同时,进气口噪声也是汽车最主要的通过噪声(pass-by noise)源。另外,若空气过滤器和消声原件的刚度不足,就会引起很大的辐射噪声(radiation noise)。

进气系统的消声原件包括扩张消声器和旁支消声器。空气过滤器除了过滤空气外还起到扩张消声器的功能。

进气系统声学设计的第一个问题是消声容积。消声容积一般是指空气过滤器和赫姆霍兹消声器容积的和。一般来说,消声容积越大越好。对于扩张消声器来说,其容积越大,传递损失可调节的频带也就越宽,传递损失也可能增加。对赫姆霍兹消声器,容积越大,可调节的频率越低。对四缸和六缸发动机来说,通常消声原件的容积达到10L~15L。

声学设计第二个考虑问题是管道截面积。管道截面积越小,扩张消声器的扩张比就越大,传递损失越大,消声效果就越好,但是管道截面积太小,当气体流速过高的时候,一方面是气体摩擦噪声大,另一方面是进气系统的能量损失也增加。为了平衡消声与减少摩擦声和能量损失,通常的方法是采用扩张管。

声学设计的第三个考虑问题是进气管位置的选择。进气口安放的位置通常有三种: 1) 将进气口放置在发动机的前方,或者在散热器的上方或前面。这个位置远离车厢和隔声结构,对减少进气系统传到车厢的噪声最有利,还能保证有足够

的冷空气会进入到进气系统。但是其缺点是水,雪和空气中的灰尘杂质比较容

易进入进气系统。

2) 将进气口放置在发动机的前面或上方。这个位置与车厢的距离比第一个位置近,因此传到车厢的噪声量会大一些。由于发动机舱室前面安装着一些部件,

这些部件相当于挡板,有利于放置杂质,水和雪今入进气管。但是这种结构离

散热板很近,空气的温度偏高,一次发动机的燃烧效率会降低。

3) 将进气口放置早侧板里面,侧板将进气口与外界隔开,因此这种布置是对防止杂质,水等的效果最好,同时进气温度也低。但是这种结构离车厢距离比

前面两种都较近,因此传入车厢的噪声会高些。另外进气口和侧板之间可能形

成一个共鸣腔,可能产生额外的共鸣噪声。

(a)气管口远离发动机 (b)进气管口在发动机的前方或者上方 (c)进气管口在侧板附近

2.空气过滤器(扩张消声器)的设计

空气过滤的作用有两个:过滤空气和消除进气口噪声。空气过滤器相当于一个扩张消声器,其容积大小和尺寸决定了传递损失和中心频率。

过滤器的容积一般要求达到发动机容积的三倍以上,就能达到良好的消声效果。现在市场上比较好的汽车,其过滤的容积在5L~10L之间。一般来说,容积越大,消声效果就越好。在设计进气管道和过滤器时,进入管和输出管会插到过滤器之中,如下图所示。对于这种情况,插入长度对传递损失有影响。将进入管和输出管插入到过滤器中可以提高过滤器的传递损失。

当插入的长度正好是1/4波长时,也就是说插入管插入到过滤器中后,就相当于在系统中加入了一个1/4波长管。利用这个插入管就可以调节某些频率下的传递损失。

插入管大大的提高了插入损失,但是过滤器内有滤芯,这样插入长度往往受到限制。另一方面,插入管会带来较大的过滤损失,其损失值不减小管道直径带来的损失还要大。所以是否采用这种插入管,要权衡传递损失和功率损失。

3.旁支消声器声学分析

进气系统的共振消声器有赫姆霍兹和1/4波长管。这两种消声器的目的都是消除窄频带的噪声,但赫姆霍兹消声器的消声频带要比1/4波长管的要宽,所以赫姆霍兹消声器不1/4波长管显得更重要。赫姆霍兹消声器一般是用来消除低频噪声,而1/4波长管用来消除相对较高频噪声。

共振消声器应该安放在系统声模态的反节点处。若把消声器安放在节点处,将达不到消声效果。空气过滤器一般来说是声模态节点,因此不能将共振消声器安装早空气过滤器上。

在进气系统中,低频噪声成分往往非常大,而控制低频要采用赫姆霍兹消声器。所以在汽车设计初期,要尽可能地给进气系统留下较大的空间,以便安装赫姆霍兹消声器。根据检验统计,赫姆霍兹消声器有效调整范围为频率(Hz)X体积(L)>300。

赫姆霍兹消声器只能消除一个频率及其附近频带的噪声。除了传统的单个腔室结构外,也有两个腔室的赫姆霍兹消声器。两个腔室的赫姆霍兹消声器可以消除两个频率的噪声。若两个腔室的赫姆霍兹消声器容积与一个腔室的消声器的容积一样的话,那么两个腔室消声器传递损失对应的峰值要低些。

影响1/4波长管的因素有其长度和截面积。长度决定了传递损失的频率。而其截面积与进气管的截面积之比决定了传递损失的幅值大小。波长管的形状对消声效果没有影响,所以1/4波长管可以设计成弯曲形状。在一个进气系统中,有时候有好几个长短不一的波长管,用来消除不同频率的噪声。

六进气系统的调音

为了对进气系统的消声元件的功能进行验证,通常我们会做进气系统的调音实验。所谓调音,是指根据实验测得的进气噪声,对进气系统的消声元件及其连接管的位置,容积,长短进行调节,最终达到进气噪声的要求。由于滤盒的容积和尺寸基本已经定好,一般情况下调音实验主要是针对赫姆霍兹消声器和1/4波长管。

一. 实验的准备

以这次的GP50项目为例,调音实验是在泛亚提供的整车上在半消声室内进行的。

2.隔音垫

1.

1. 样车左右两侧前轮停放在转鼓上,而当汽车前轮转动时,转鼓用来模拟实际

道路阻力,这样测得的进气噪声接近于实际路况的情况。

2. 在将进气系统与节气门体安装之前,首先要在发动机舱上面铺上隔音材料,

比如铅板和隔音垫,如上图所示,这是为了在实验进行中,将发动机舱内的噪声

隔离,使其不会影响进气系统进气口测得的噪声。一般情况下,隔离后发动机舱

内传出的噪声要小于3~5dB。

3.

当隔音工作准备好之后就可以安装进气系统。首先滤盒的调整不在这次调音实验的范围内,而在实验前需要准备不同尺寸和容积的旁支消声元件。如下图所示:

1/4波长管,同样有不同的尺寸

赫姆霍兹消声器,容积可调 1/4波长管,尺寸可选

4. 最后放置将麦克风,根据标准

GMW14217(air intake system snorkel noise ),麦克风距离进气口45o,100mm 。

测量进气口噪声的麦克风

二. 实验及调音的过程

1. 根据标准GMW14217,驾驶员将档位换到3档,踩油门节气门全开,软件(LMS Lab)开始记录发动机自从1000转到6000转的进气噪声。

2. 首先将不包括任何消声元件的进气系统进行实验,从下图可以看出,在没有消声原件的的情况下,进气噪声在2000转以后远远超过标准的规定。

标准线4.根据之前模拟计算的方案,在进气系统上增加赫姆霍兹消声器,减低低频噪声。

根据模拟计算,为了降低80Hz,的低频噪声早离滤盒353mm的地方加入容积为3L的

赫姆霍兹消声器,连接管长147mm,内径为39mm。

在加上了赫姆霍兹消声器之后,2500转速下的低频噪声大大的降低。

同理根据模拟计算和实际的实验结果,这次调音最方案是采用2个赫姆霍兹消声器,和2个1/4波长管,将进口噪声和4个阶次的噪声控制在标准范围内。

三. 辐射噪声

由于进气系统的一端与发动机相连,而另一端与车体相连,因此减少发动机传递到

车体的振动十分重要。干净空气管是由柔软的橡胶材料制成,形成一个柔性连接。由于这种柔性管的刚度非常低,因此发动机的振动基本被隔掉,传递到车体的振动非常小。空气过滤器和赫姆霍兹消声器分别安装在两个托板上,而托板与车身相连。车身与托板之间用橡胶垫隔开,这样车体的振动和进气系统振动彼此隔开。进气系统用塑料制成,相对车体来说,本身质量比较轻,这样在计算车体的振动时,进气系统可以忽略不计。

尽管柔性管隔离了发动机的振动,但是在进气系统中还有一下振动问题:板壳的振动和气流激励振动。其中板壳的振动很重要。空气过滤器和赫姆霍兹消声器的表面板壳比较薄,当有高速气流从进气系统中流过时,这些薄板结构很容易被激励起来,从而辐射出强烈的噪声。比如六缸发动机,这些结构的频率要高于300Hz。

这次的调音实验也是也测量了空滤盒的辐射噪声,如下图所示,根据GMW14225 (Air Induction System Radiated Sound Pressure Level)标准,麦克风至于板壳垂直距离100mm的位置。同样测量发动机从1000转到6000转这段时间滤盒上下盖的辐射噪声。

根据这次测量的结果,滤盒上盖的辐射噪声要明显好于下盖,这是由于下盖是纯平面切缺少加强筋,而上盖采用的是弧形平面,从而能提高结构频率,降低辐射噪声。

为了研究辐射噪声,就有必要对进气系统做振动分析,了解系统的模态。另外在某些结构上采用双层板可以减少辐射噪声。

GT-POWER进气系统噪声分析

应用GT-POWER进行发动机进气系统噪声仿真 Noise Simulation of Engine Intake System by GT-POWER 张小燕 (长安汽车工程研究院 重庆 401120) 摘要:本文以进气系统的设计为例,介绍了用GT-POWER计算进气系统的模拟过程和进气系统的设计方法和过程,验证了几种主要的消声结构对进气系统噪声的影响,说明了GT-POWER 软件在进气系统开发中发挥的主要作用。 关键词: 进气系统 设计 噪声 GT-POWER Abstract:the paper introduced the intake system simulation and design by GT-POWER, verified the effect of some anechoic structure and showed the main function of GT-POWER in intake system development. Key words: Intake system design noise GT-POWER 1、前言 发动机的进气系统的主要功能除了为发动机提供充足的,干净的空气外,还要有很好的降噪作用。进气系统是汽车最主要的噪声源之一,进气口的噪声是影响整车通过噪声的一项重要的因素,所以进气系统的降噪设计也是非常重要的。进气系统的噪声降低与进气系统的压力损失两者之间是一对矛盾。如果进气管道截面积越大,空气流通就越顺畅,压力损失越小,发动机功率就越大,但同时进气口噪声也就越高。在设计中就必须平衡这对矛盾。本文研究项目是在发动机现有的进气系统基础上进行设计改进,将发动机进气口的噪声控制在目标值之内。 本文应用发动机热力学计算分析软件GT-POWER建立发动机热力学和声学分析模型,计算出发动机进气口的噪声总压值。通过不断的增加消声结构,逐步降低进气口的噪声,直到满足控制目标。 2、进气系统消声设计步骤 1)首先不采用任何消声措施,只用一根管道与发动机相连接,分析进气口噪声变化, 将结果与目标噪声比较,得到所需要的消声曲线。 2)设计空气滤清器。根据安装空间设计空气滤清器本体。空气滤清器容积应该尽可能的大,这样传递损失大而且覆盖的频带宽。

汽车噪声振动产生的机理

汽车噪声振动产生的机理: 产生汽车噪声的主要因素是空气动力、机械传动、电磁三部分。从结构上可分为发动机(即燃烧噪声),底盘噪声(即传动系噪声、各部件的连接配合引起的噪声),电器设备噪声(冷却风扇噪声、汽车发电机噪声),车身噪声(如车身结构、造型及附件的安装不合理引起的噪声)。其中发动机噪声占汽车噪声的二分之一以上,包括进气噪声和本体噪声(如发动机振动,配气轴的转动,进、排气门开关等引起的噪声)。因此发动机的减振、降噪成为汽车噪声控制的关。 此外,汽车轮胎在高速行驶时,也会引起较大的噪声。这是由于轮胎在地面流动时,位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的泵气声,以及轮胎花纹与路面的撞击声。噪声的控制根据噪声产生和传播的机理,可以把噪声控制技术分为以下三类:一是对噪声源的控制,二是对噪声传播途径的控制,三是对噪声接受者的保护。其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施,包括降低噪声的激振力及降低发动机部位对激振力的响应等,即改造振源和声源。但是对噪声源难以进行控制时,就需要在噪声的传播途径中采取措施,例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。汽车的减振降噪水平与整车的动力性、经济性、可靠性及强度、刚度、质量、制造成本和使用密切相关。 1 发动机振动和噪声 1)发动机本体噪声降低发动机噪声是汽车噪声控制的重点。发动机是产生振动和噪声的根源。发动机本体的噪声可分为机械噪声和燃烧噪声,配气机构、正时齿轮及活塞的敲击噪声等合成的。 解决方案:降低发动机本体噪声就要改造振源和声源,包括用有限元法等方法分析设计发动—声。例如在油底壳上增设加强筋和横隔板,以提高油底壳的刚度,减少振动噪声。另外,给发动机涂阻尼材料也是一个有效的办法。阻尼材料能把动能转变成热能。进行阻尼处理的原理就是将一种阻尼材料与零件结合成一体来消耗振动能量。它有以下几种结构:自由阻尼层结构、间隔自由阻尼层结构、约束阻尼层结构和间隔约束阻尼层结构。它的采用明显地减少了共振的幅度,加快了自由振动的衰减,降低各个零件的传振能力,增加了零件在临界频率以上的隔振能力。目前,已有一些国家的专家设计了一种发动机主动隔振系统,用于减少发动机振动,以达到降低噪声的目的。 传播方式:机械噪声──通过机体向外传播 燃烧噪声──通过发动机体向外传播 (2)进气噪声 进气噪声是发动机的主要噪声源之一,系发动机的空气动力噪声,随发动机转速的提高而增强。非增压式发动机的进气噪声主要成分包括周期性压力脉动噪声、涡流噪声、汽缸的亥姆霍兹共振噪声等。增压式柴油机的进气噪声主要来自增压器的压气机。二冲程发动机的噪声源于罗茨泵。 解决方案:最有效的方法是采用进气消声器。类型有阻性消声器(吸声型)、抗性消声器(膨胀型、共振型、干涉型和多孔分散型)和复合型消声器。将其与空气滤清器结合起来(即在空滤器上增设共振腔和吸 声材料,例R3238型)就成为最有效的进气消声器,消声量可超过20dBA。

汽车噪声声音品质主观评价及控制

汽车噪声声音品质主观评价及控制 第一章绪论 1.1 论文研究的背景 随着现代社会的发展以及对高质量生活的不断追求,人们对车辆乘坐的舒适性要求越来越高。车内噪声不仅降低了乘坐的舒适性,还增加了驾驶员的疲劳感,容易使人烦躁,甚至危及行车安全。除此之外,也影响到人们对汽车质量的评价,进一步影响到汽车的销售。因此,如何控制和改善车内噪声就显得尤为重要。 传统的噪声控制,只强调噪声量级的大小,认为噪声级越低越好。为了得到舒适的车内环境,以前主要采取降低车内噪声的声压级的办法。随着研究的不断深入,我们发现传统的声压级不足以描述汽车噪声的全部特征,单纯地降低声压级并不能改善汽车乘坐的舒适性。近年来人们提出了声品质(Sound Quality):声品质是在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性。汽车声品质就是在满足人和环境的要求下,寻求符合汽车特性的产品声音。声品质的研究实际上提出了现代噪声控制的理念,即噪声控制不仅仅是消极被动地降低噪声的声压级,而是能够根据顾客的主观评价,通过合理有效的措施,使特定产品的噪声听上去不仅仅安静,而且尽可能的悦耳,甚至调节噪声至理想状态,并使不同的产品有各自独特的声音特性。除了频率及强度两大因素外,声品质的研究更强调心理声学及非声学因素等的直接影响。 1.2 汽车NVH 研究汽车噪声就要谈到NVH技术,汽车NVH是指汽车的Noise(噪声)、Vibration(振动)和Harshness(舒适性),主要是研究汽车噪声振动对整车性能及舒适性的影响。 Noise(噪声)是指引起人烦躁而危害人体健康的声音。汽车噪声不但增加驾驶员和乘员的疲劳从而影响汽车的行驶安全,而且对环境造成噪声污染。噪声常用声压级评价,其频率范围在20Hz-20kHz。汽车噪声主要包括结构噪声(车身壁板振动产生的噪声)、辐射噪声(如发动机、排气系统、制动器等辐射的噪声)、空气动力噪声(风噪、空气摩擦车身形成的噪声)等。 Vibration(振动)描述的是系统状态的参量(如位移)在其基准值上下交替变化的过程。汽车低频振动危害驾驶员和乘员的身体健康,同时不良的振动会给汽车零部件带来损坏,影响零部件的寿命。振动是噪声产生的原因,因此,振动和噪声的研究是密不可分的。 Harshness(舒适性)指的是振动和噪声的品质,它并不是一个与振动、噪声相并列的物理概念,而是描述人体对振动和噪声的主观感觉,不能用客观测量方法来直接度量。由于声振粗糙度描述的是振动和噪声使人不舒服的感觉,因此有

汽车发动机振动噪声测试实用标准系统

附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求: 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量,要求能够测量试验对象的振动噪声特性(频率、阶次、声强等),能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验,有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计,同时具有很强的扩展能力,能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套; 2.1.2数据测试分析软件一套; 2.1.3传声器 2个; 2.1.4加速度计 2个; 2.1.5声强探头 1套; 2.1.6声级校准器 1个; 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个;供电采用9~36V直流和 200~240V交流; 2.2.2便携式采集前端,适用于实验室及现场环境; 2.2.3整机消耗功率<150W; 2.2.4工作环境温度:-10?C ~50?C; 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行,操作主机采用笔记本电脑; 2.2.6输入通道数:4个以上,其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道; 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术,动态围160dB; 2.2.8每通道最高采样频率:≥65.5kHz,最大分析带宽:≥25.6kHz; 2.2.9系统留有扩充板插槽,根据需要可以进一步扩充;数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等; 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力,多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行; 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一:①通过10/100M自适应以太网传输至PC; ②通过无线通讯以太网技术传输至PC,通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便,方便硬件通道和计算机系统扩展升级;

进气与排气系统的主动与半主动噪声控制

第七章进气与排气系统的主动与半主动噪声控制 第一节噪声控制基础 一.概述 主动控制的概念是1933年由Lueg提出。他的设想很简单,就是在管道中安装一个传感器提取声学信号,然后经过一个控制器产生一个大小与管道声压幅值相等但是相位相反的声信号来抵消管道中的声音。图7.1为Lueg的设计。 图7.1 Lueg的主动消音控制设想 五十年代,Olson做了许多主动消音的研究,他试图用这种方法消除管道中、房间内和防护耳塞的噪声。从那以后的几十年内,很多学者开始从事这方面的研究。八十年代后,很多人申请专利。但是这方面研究和应用的进展却非常缓慢,原因有三方面。第一是受到电子技术发展的制约。在这项技术中,控制是最关键的,当快速控制系统没有发明之前,要实现主动噪声与振动控制是非常困难的。第二主动噪声与振动控制要涉及到很多方面,比如电子技术、振动噪声理论、信号处理等等。第三是当电子和控制技术成熟,实现主动噪声与振动控制是可行的时候,却受到成本因素的限制。所以即使到了二十世纪的最后年代,主动噪声与振动控制多半还是停留在学术和研究阶段。近十年来,电子和控制设备成本以及控制软件价格的大幅度下降,主动噪声与振动控制在汽车上的广泛应用才变得现实。 为什么要使用主动噪声与振动控制呢?这里有两个原因,第一是政府,第二是顾客。政府法规对汽车的排放污染和噪声污染限制越来越严。比如在以往的三十多年里,欧洲的通过噪声标准不断提高。关于通过噪声的详情请参考第二十一章“汽车噪声与振动的评价”。现在发动机的功率越来越大,产生的振动与噪声也在增加,可是顾客对汽车的安静与舒适要求却越来越高。为了满足这两方面的要求,就必须采用更多的噪声与振动控制设备,而且消音器的容积越来越大。可是重量增加会影响到汽车行驶的经济性能,体积的增加又受到安装空间的限制。於是主动控制慢慢地在汽车上应用起来。 二.开环控制和闭环控制 图7.2表示一个开环控制系统。在这个系统内,控制对象的特征是确定的,系统的输出

空气动力性噪声

由于机械零件和周围及封闭媒质(空气)交互作用而辐射出噪声的声源称为空气动力性噪声源。 1、喷射噪声:气流从管口以高速(介于声速与亚声速之间)喷射出来,由此而产生的噪声称为喷射噪声,也称为喷注噪声或射流噪声。 2、涡流噪声:气流流经障碍物时,由于空气分子黏滞摩擦力的影响,具有一定速度的气流与障碍物背后相对静止的气体相互作用,在障碍物的下游区形成带有涡旋的气流。这些涡旋中心的压强低于周围介质的压强,每当一个涡旋脱落时,湍动气流就会出现一次压强跳变,这些跳变的压强通过周围介质向外传播,并作用于障碍物。当湍动气流中压强脉动含有可听声的频率成分且强度足够大时,就能辐射出噪声,称为涡流噪声或湍流噪声。 3、旋转气流噪声:旋转的空气动力机械(如飞机螺旋桨),旋转时与空气相互作用而连续产生压力脉动,从而辐射的噪声称为旋转气流噪声。 4、燃烧噪声:各种燃料通过燃烧器与空气混合而燃烧,在燃烧过程中可产生强烈的噪声,这种噪声称为燃烧噪声。气态燃料燃烧噪声有如下特性: (1)燃烧吼声:可燃混合气体燃烧产生的噪声,称为燃烧吼声。燃烧吼声强度与燃烧强度成正比,燃烧强度表示单位体积的热量释放率,当火焰燃烧速度保持不变而火焰体积增大时,则强度降低,燃烧吼声也降低。 (2)振荡燃烧噪声:可燃混合气通过燃烧器燃烧时,由于燃烧气体的强烈振动而产生的噪声,称为振荡燃烧噪声,也称为燃烧激励脉动噪声。 (3)工业燃烧系统的噪声:来自燃烧设备与燃烧过程的噪声,如可燃气及空气供应系统中的风机和阀门噪声,可燃气与空气从燃烧器喷嘴喷出的喷射噪声,以及燃烧炉或燃烧器所在空间的共振声等,这些噪声能与燃烧吼声和脉动噪声一起合成为燃烧系统的噪声。 1、级和分贝 (1)级 人们听觉灵敏度与声波量之间的关系不是线性关系,而接近对数的关系。因此利用分贝作为单位进行量度,既可对范围很大的声音强度进行对数压缩,而且也符合人耳对声音响应的灵敏程度。使用“级”的概念用于量度声音的强弱。 声学量与同类基准(参考)量之比再取对数就是“级”的概念。级的单位是奈培时。级的单位是贝尔(Bell),其对数取以10为底的对数,符号是B. (2)分贝 声学中将正比于声功率的两个同类声学量(如两个声压平方)之比,取以10为底的对数,再乘以10,该参数的单位称为分贝,记为dB. 2、声压级

汽车振动与噪声控制-综述

汽车振动噪声与控制文献综述 中国汽车产业已进入内涵式发展的稳健增长期,车型品质的提升已取代产能的增长成为发展的主流,这对汽车的噪声、振动与声振粗糙度(Noise, Vibration, Harshness, NVH)提出日益苛刻的要求,使得汽车NVH性能越来越受到重视,成为衡量汽车品质最重要的指标之一。 前期汽车NVH控制主要集中在发动机、车身等主要系统上,随着这些主要系统的NVH问题得到解决,其研究重心开始转向声品质技术、新能源汽车NVH、车身底盘NVH、制动系和悬架系NVH以及振动主动控制等方面。 汽车的NVH问题可以从三个层面上考虑:接受体(方向盘的加速度或人耳处的声压等,但最终是人对振动噪声的感觉);传递路径(隔振隔声系统,车身及内饰等);振动噪声源(发动机/驱动电机、齿轮传动系统、路面不平、风噪声等)。 一、接受体处NVH分析与控制 1.1声品质评价 首先,在对车辆振动与噪声进行分析前需对其NVH状况进行评价。驾驶室内成员处的振动评价相对简单,而人耳对噪声的感知则较为复杂,同时由于汽车车身及底盘技术、汽车发动机技术的突飞猛进,特别是新能源汽车的持续推广,除发动机噪声外,其他排气噪声、传动系噪声、轮胎噪声、空气动力噪声及车身壁板结构振动辐射噪声等,对车辆整体噪声的贡献相对增大,使得车辆噪声控制问题变得更加复杂。 因此,声品质技术应运而生。声品质是指在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性,声品质中的“声”是人耳的听觉感知,“品质”则是指人耳对声音事件的听觉感知过程,并最终做出的主观判断。人是声品质最终的接受者和最直接的评价者,声品质受到声音固有特性、评价者的生理、心理等各方面的综合影响,因此声品质的研究是一个综合多领域的多学科研究。 声品质主观评价是以人为主体,通过问卷调查或评审团评议的形式,运用试验心理学来研究噪声问题,涉及测试对象选择、噪声准备、听测环境和评价方法

发动机进气系统噪声的优化

发动机进气系统噪声的优化 (文章来源:盖世汽车社区) 图1 进气口噪声 进气噪声是考察汽车NVH性能的重要内容之一,利用CAE技术优化进气系统噪声的过程,在该过程中,利用Sysnoise软件精确地模拟进气系统的声场特性,可为优化设计提供改进思路,不仅能加快开发过程,而且能节约开发成本。 现在NVH(噪声、振动与舒适性)性能已经成为评价汽车品质的一个重要指标。各大整车厂都致力于通过提高汽车的NVH性能来提升其品牌价值与市场竞争力。同时,随着人们对噪声污染的不断重视,针对汽车噪声的法规也愈加严格。进气噪声作为汽车的一个重要噪声源也得到了足够的重视。而传统的设计手段已不能针对市场需求,快速反应,设计出满足要求的进气系统。运用现代的CAE技术开发进气系统势在必行。 本文阐述了一款自吸发动机进气系统噪声的优化过程。在该过程中运用CAE技术,分析了整个进气系统(包括进气歧管在内)的声场特性,发现了原进气系统在降噪方面的缺陷。通过计算分析,合理设计、布置消声单元,弥补了原进气系统在降噪方面的不足。 图2 直管进气口处的噪声

进气系统噪声源及降噪措施 1. 进气系统噪声源 发动机的进气系统是一个非常复杂的噪声源,包含各种类型的噪声,每种噪声产生的机理各不相同。因此,对进气系统噪声进行优化首先要明确各个噪声源产生的原因,并确定各个噪声源的贡献量,再有针对性地解决噪声问题。 进气系统噪声从总体上可以分为空气噪声和结构噪声两大类。空气噪声包括脉动噪声和流体噪声。脉动噪声由进气门的周期性开、闭而产生的压力起伏变化而形成,这部分噪声主要影响进气系统低频噪声特性。另外,在进气管空气柱的固有频率与周期性脉动噪声的主要频率一致时,会产生空气柱的共鸣声。此外,由于进气口和前侧板之间可能形成一个共鸣腔,因此也可能产生额外的共鸣噪声。流体噪声是气流以高速流经进气门流通截面,形成涡流,产生的高频噪声。由于进气门流通截面是不断变化的,因此这种噪声具有一定宽度的频率分布,主要频率成分在1 000Hz以上。此外,在节气门体处有时也会产生涡流噪声。 图3 进气系统的传递损失 进气系统结构辐射噪声,是由塑料壳体较小的刚度特性造成的。在内部压力波的激励下,壳体产生振动,外表面推动空气产生波动,从而辐射出噪声。这里所说的内部压力波实际上就是壳体内部的声波。 2. 发动机进气系统的降噪措施 流体噪声和结构噪声处理的方法相对比较单一,而且往往不是进气系统的主要噪声。这里主要探讨低频噪声的降噪措施。 (1)合理设计空气滤清器。根据安装空间设计空气滤清器本体。空气滤清器容积应该尽可能大,这样传递损失大且覆盖的频带宽。空滤器的进气管和出气管有时会插入到空滤器中,插入的长度对传递损失有影响,不同的插入长度都能够提高空滤器的传递损失,但插入管会带来较大的功率损失,其功率损失比减小管道截面积带来的损失还要大。

基于进气系统消声研究的噪声改进

目录 摘要 ................................................. I ABSTRACT ............................................. I I 目录 ............................................... I II 第一章绪论 . (1) 1.1课题研究的背景及意义 (1) 1.2国内国外研究现状 (1) 1.2.1空滤噪声研究情况 (1) 1.2.2增压中冷系统噪声研究现状 (2) 1.3本课题来源及拟完成的主要工作 (3) 第二章噪声控制方法及对消声元件的研究 (5) 2.1进气系统基本理论 (5) 2.1.1系统概述 (5) 2.1.2进气噪声的形成及理论基础 (6) 2.2 1/4波长管的设计 (7) 2.2.1 1/4波长管的长度研究 (8) 2.2.2 1/4波长管的直径研究 (8) 2.2.3 1/4波长管的管子弯曲角度研究 (9) 2.3 谐振腔的设计 (9) 2.3.1对谐振腔容积的研究 (10) 2.3.2对谐振腔连接管的研究 (10) 2.3.3 对进气主管直径的研究 (11) 2.3.4对连接管弯曲角度的研究 (11) 2.4高频消声器的设计 (12) 2.5空气滤清器本身及内插管的消声特性 (13) 2.6本章小结 (15) 第三章仿真建模及数值计算分析研究 (17) 3.1 空气滤清器系统噪声仿真 (17) 3.1.1 建立仿真模型确定边界 (17) 3.1.2仿真结果 (18) 3.1.3 GT-Power声学性能仿真 (19) 3.2 空气流动阻力及模态频率的分析 (21) 3.2.1 压力仿真分析模型及条件 (21) 3.2.2 模态仿真分析 (23) 3.3 空气滤清器的NVH控制目标 (24)

某发动机排气系统尾口噪声优化

某发动机排气系统尾管噪声优化 许亚峰周维刘兴利刘兵王瑞麟 华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处,沈阳,110104 [摘要]:本文首先确定排气噪声的来源,针对特定的问题制定相应的优化方法,并应用GT-power软件对不同方案进行仿真分析,选取最优方案并在实车上进行验证,试验结果表明优化方法解决了噪声问题。[关键词]:排气系统;噪声;GT-power; Tailpipe noise optimization of engine exhaust system Yangfeng Xu,Wei Zhou,Xingli Liu,Bing Liu, Ruilin Wang Brilliance Auto R&D Center Powertrain Integrated Technology Section [Abstract]: This article determine the source of exhaust noise. Develop appropriate optimization methods for specific problems. Simulation analysis of different schemes by GT-power software. Select the best solution and verity it in the real vehicle. The experimental results show that the optimization method can solve the noise problem. [Keywords]: exhaust system; noise; GT-power; 引言 发动机排气系统的主要功能除了能顺利的将废气排出,还要有很好的降噪作用。排气系统是汽车最主要的噪声源之一,不但要满足顾客对汽车舒适性的要求也要面对日益严苛的国家法规。所以排气系统降噪设计非常重要。本文研究的项目是对某排气系统噪声问题原因的调查,从而制定适当的设计方法,最终开发出满足要求的排气系统。 应用发动机热力学计算分析软件GT-power建立发动机热力学和声学分析模型,计算出不同消声方案的排气口噪声总声压值及阶次噪声值。通过不断的改进消声结构,针对性的消除某些峰值噪声,直到满足控制目标。 1排气噪声源 1.1排气尾管噪声源 尾口噪声是一种脉动噪声。声音是以平面波在管道中传播,当达到尾管时,由于声阻抗不匹配一部分波会透过管道继续传播,而另一部分声波则被反射回去,形成反射波。 尾口噪声由两部分噪声组成:空气噪声和气流摩擦噪声。稳定的气流在尾管处发出空气噪声,而不稳定的气流则产生摩擦噪声。在尾管噪声中,这两种噪声所占成分取决于气流流量的大小和速度。流量小和速度低时,空气噪声占主要成分;而流量大和速度快时,摩擦噪声占主要成分[1]。 1.2问题原因分析

汽车进气系统的噪声及振动

(一) 进气系统 空气是燃烧最重要的成分之一。空气是通过进气系统进入发动机汽缸的,与燃油混合。点火后,燃油在空气中燃烧后释放出化学能量,化学能量转变成热能,然后再转变成机械能量。机械能量推动曲柄连杆机构做工,然后推动汽车前进。进入汽缸的空气越多,燃烧的效率就越高。提高进气量的途径有两个,一是减小进气阻力,二是减小排气系统的背压。 1。进气系统的结构: 图1为一个进气系统的示意图。进气系统可以分成两部分:发动机进气多支管系统和空气进入系统。多支管系统包括进气分管和进气总管。空气进入系统包括进气控制阀,怠速进气通道,柔性连接管,干净空气管,四分之一波长管,空气过滤器,空气过滤网,赫尔姆兹消音器,进气管等等。 8 1---进气分管,2---进气总管,3---进气控制阀,4---怠速进气通道,5---柔性连接管,6---干净空气管,7---四分之一波长管,8---空气过滤器,9---空气过滤网,10---赫尔姆兹消音器,11---进气管 图1 一个进气系统的示意图。 2。工作原理 空气从进气管口进来,流入到空气滤清器,空气中的灰尘和杂质被过滤网滤掉。干净的空气流入到干净空气管。进气导管上安装著一个或者两个空气质量流传感器(MAFS),传感器控制进入汽缸的空气量。这个传感器是由发动机电子控制系统来控制,发动机电子控制系统将利用质量空气流传感器的信号来调节空气与燃油的比例,使其达到最佳。空气控制伐控制著进入汽缸的空气流量,从而控制著发动机输出功率大小。当阀门全关闭的时候,怠速控制阀工作,来调节发动机的怠速。 3。进气系统功能: 进气系统有下面几个功能: 1)。调节空气与燃油流量的比值。控制进气量的多少,使得进入发动机汽缸的空气量最佳。调节泄露空气使其再利用,使凸轮轴泄露的气体再进入进气系统。 2)。保护外界杂质和不需要的成分对发动机的损坏。空气过滤器阻止外界杂质进入汽缸,从而防止发动机磨损,这样可以提高发动机的可靠性。排气进口的设计还要保证水和雪不能进入进气系统。 3。测量进气量。在不同的工况下,空气与燃油的比例是不一样的。在干净空气管道上安置著一个空气控制筏。这个控制筏与发动机的电子控制系统(EEC)连接,这样就控制喷入汽缸的燃油量,使进入到发动机的空气量最佳,空气分配合理。

汽车NVH振动与噪声分析

汽车NVH介绍

1.NVH现象与基本问题 2.噪声与振动源 3.NVH传递通道 4.NVH的响应与评估 5.NVH试验 6.NVH的CAE分析 7.NVH开发 8.汽车声品质

动态性能 静态性能 汽车的性能 ?汽车的外观造型及色彩 ?汽车的内室造型、装饰、色彩?内室及视野 ?座椅及安全带对人约束的舒适性 ?娱乐音响系统?灯光系统?硬件功能 ?维修保养性能?重量控制 ?噪声与振动(NVH )?碰撞安全性能?行驶操纵性能?燃油经济性能?环境温度性能?乘坐的舒适性能?排放性能?刹车性能?防盗安全性能?电子系统性能?可靠性能 NVH 是汽车最重要的指标之一

汽车所有的结构都有NVH问题 ?车身 ?动力系统 ?底盘及悬架 ?电子系统 ?…… 在所有性能领域(NVH,安全碰撞、操控、燃油经 济性、等)中,NVH是设及面最广的领域。

什么是NVH? NVH : N oise, V ibration and H arshness ?噪声Noise: ●是人们不希望的声音 ●注解: 声音有时是我们需要的 ●是由频率, 声级和品质决定的 ●频率范围: 20-10,000 Hz ?振动Vibration ●人身体对运动的感觉, 频率通常在0.5-200 Motion sensed by the body, mainly in .5 hz-50 hz range ●是由频率, 振动级和方向决定的 ?不舒服的感觉Harshness ●-Rough, grating or discordant sensation

为什么要做NVH? ?NVH对顾客非常重要 ?NVH的好坏是顾客购买汽车的一个非常重要的因素. ?NVH影响顾客的满意度 ?在所有顾客不满意的问题中, 约有1/3是与NVH有关. ?NVH影响到售后服务 ?约1/5的售后服务与NVH有关

噪声控制习题库精编版

噪声控制习题库精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】

习题 1.真空中能否传播声波?为什么? 2.可听声的频率范围为20~20000Hz,试求出500Hz,5000Hz,10000Hz的声波波长。 3.频率为500Hz的声波,在空气中,水中和钢中的波长分别为多少?(已知空气 中的声速是340m/s,水中是1483m/s,钢中是6100m/s) 4.试问在夏天40℃时空气中的声速比冬天0℃时快多少?在这两种温度情况下 1000Hz声波的波长分别是多少? 5.设在媒质中有一无限大平面沿法向作简谐振动,u=u 0cosωt,试求出u =×10-4m/s 时,其在空气中和水中产生的声压。(已知空气的ρ=m3,c=340m/s,水的ρ =998kg/m3,c=1483m/s) 6.在空气中离点声源2m距离处测得声压p=,求此处的声强I、质点振速U、声能密 度D和声源的声功率W各是多少? 7.两列频率相同、声压幅值相等的平面声波,在媒质中沿相反方向传播: p 1=P A cos(ωt-kx)、p 2 =P A cos(ωt+kx),试求两列声波形成的驻波声场的总声压及 波腹和波节出现的位置。 8.已知两列声脉冲到达人耳的时间间隔大于50ms,人耳听觉上才可区别开这两个 声脉冲,试问人离开高墙至少多远才能分辨出自己讲话的回声? 9.计算平面声波由空气垂直入射于水面时反射声的大小及声强透射系数,如果以 θi=30°斜入射时,试问折射角多大?在何种情况下会产生全反射,入射临界角θie是多少?(已知空气的ρ=m3,c=340m/s;水的ρ=998kg/m3,c=1483m/s) 10.噪声的声压分别为、 Pa、 Pa、×10-5 Pa,问它们的声压级各为多少分贝? 11.三个声音各自在空间某点的声压级为70dB、75 dB和65 dB,求该点的总声压 级。 12.在车间内测量某机器的噪声,在机器运转时测得声压级为87 dB,该机器停止运 转时的背景噪声为79 dB,求被测机器的噪声级。 13.在半自由声场空间中离点声源2m处测得声压级的平均值为85dB。①求其声功率 级和声功率;②求距声源10m远处的声压级。 14.一点声源在气温30℃、相对湿度70%的自由声场中辐射噪声,已知距声源20m 处,500Hz和4000Hz的声压级均为90 dB,求在100m和1000m两频率的声压级。 15.求偶极子声源在同样距离处θ=0°方向上的声压幅值与θ=30°、45°、60°方 向上的声压幅值之比分别为多少? 16.某噪声各倍频程频谱如下表所示,请根据计算响度的斯蒂文斯法,计算此噪声 其余时间均在噪声为75dB的环境中。试求该工人一个工作日所受噪声的等效连续A声级。 18.为考核某车间内8h的等效A声级。8h中按等时间间隔测量车间内噪声的A计 权声级,共测试得到96个数据。经统计,A声级在85dB段(包括83~87dB)的共12次,在90 dB段(包括88~92 dB)的共12次,在95 dB段(包括

汽车振动与噪声控制复习

机械振动理论部分 第一章振动基础理论 1、振动系统的基本元件:弹性元件,惯性元件,阻尼元件 2、解决振动问题的基本方法:解析法和实验法 3、简谐振动的三要素:振幅,圆频率,初相位 4、简谐振动的合成,包括同频率,不同频率公有周期的求解和矢量图的表示 第二章单自由度系统的振动 1、要求掌握单自由度无阻尼系统的自由振动方程,包含计算和分析 2、串联弹簧和并联弹簧的特征及等效弹簧求解公式 3、单自由度有阻尼系统的衰减振动运动方程求解,阻尼固有频率,衰减振动周期及阻 尼比系数的求解 以上内容以作业题和例题为主要复习内容 第三章受迫振动 1、简谐激励作用下系统的受迫振动响应的计算和分析 2、任意激励作用下系统的受迫振动,以例题和作业题为重 3、受迫振动共振的条件激振力频率等于系统的固有频率 4、积极隔振和消极隔振的定义 5、隔振系统的设计,以例题和作业题为重 第四章多自由度系统的振动分析 第五章二自由度系统的振动分析 1、刚度影响系数的求解 2、固有频率和主振型的求解,例题和作业题为重点,会画振型图 3、无阻尼系统对初始条件作用下系统的振动分析,重点掌握结论 4、动力减振器的例题复习 汽车振动与噪声控制复习 汽车发动机的振动分析与控制 1、汽车发动机工作中主要激励源:不平衡惯性力和不平衡惯性力矩 2、针对单缸发动机,由于惯性力矩的作用产生使曲轴旋转的主动力矩,该力矩会激起曲轴的扭转振动。 3、作用在气缸活塞顶部的气体压力对汽车产生什么样的影响?只会使汽车气缸受到拉伸和压缩,不会传到发动机外而去引起汽车振动。 4、往复惯性力Pj和离心惯性力Pr的铅垂分量会使汽车产生()振动?整车的铅垂振动 5、气体压力Pg和惯性力Pj与活塞对缸壁的压力Pn构成的反转力矩,会产生何种影响?反转力矩将通过发动机支承点传到车架上,整车产生横向摆动,旋转矢量的离心惯性力Pr 的水平分量会传到车架上,引起整车的水平振动。 6、为了减少直列多缸发动机的干扰力和干扰力矩引起发动机和车架的振动,通常采取以下措施来减少或消除这些干扰。(合理布置曲柄间的相互位置、采取有效的平衡方法、点火顺序和采取隔振措施) 7、V型发动机在计算发动机的干扰力和力矩时,需考虑V型气缸的()。合成系数或V型角 8、振动隔离分为两种:()和()。主动隔振和被动隔振

进气系统的噪声及其调音

进气系统的噪声及其调音 一 汽车噪声的特征 在汽车行业,在涉及噪声与振动时,常采用一个词NVH ,即是噪声(Noise ),振动(Vibration )和不舒适(Hardness )三个英文单词的简写。人的耳朵是一个非线性结构,对不同噪声的听觉不一样。噪声与振动能让乘客直接感受到一部车是否舒服。对此,汽车公司投入大量人力物力来减少噪声与振动。 对于一部车的噪声指标,政府对其的法规只有一项——通过噪声标准(pass-by noise )。即汽车整体通过时产生的噪声,包括进气系统的噪声等其他一系列在汽车通过时产生的噪声,在欧洲,通过噪声为74dB ,美国为78dB 。随后汽车制造商会将不同的噪声要求分配到不同的汽车部件上,比如这次的a1774_AFS GP50项目,根据泛亚要求,进气噪声与发动机转速的关系如图,即要求进气系统的噪声在以下转速下不超过此直线的范围。 汽车噪声有两个特点。一是与发动机的转速和汽车行使速度有关,二是不同的噪声振源有不同的频率范围。下图表示汽车噪声与行使速度的关系: ,轮胎与路面的摩擦是主要噪声,而在高速时,车身与空气之间的摩擦是主要的噪声。 图表示噪声源与频率的关系: 动 低速时,发动机是主要噪声源,中速时间汽车速度 下频率

低频时,发动机是主要噪声源,中频时变速箱和风激励噪声占主导成分,高频时考虑的是说话的声音是否清晰,即所谓品质问题。 压缩质点振速和声功率等。其中声压和频率是两个主要参数,声压,瞬时声压对时间声压与位置和时间有关,下图表示某固定时间而在不同地点的声压情况: 图表示某固定地点而不同时间的声压情况: 出来的上噪声的概念是纯主观上的定义,但是大部分噪声是人们共识的,如汽车的交 二 声学的基本概念 当物体振动时,会引起周围空气振动,空气具有质量和弹性,是可以压缩的。空气被后会扩张后又被压缩,由于这种不断扰动,空气就产生一定压力,从而产生了声波。 描述声音的参数有声压,频率,也是测量的主要对象。 声压是指当地声压与大气压之差。声场中某一瞬时的声压称为瞬时取均方根值称为有效声压,一般声学仪器测得的往往是有效声压。 下声源的强弱用声功率(W )来表。单位时间内,通过垂直于声波的传播方向的单位面积的声能称为声强(I ),单位为W/m 2。声强的大小与离开声源的距离有关,因为声源是从一点向四周辐射,声源单位时间内辐射声能是一定的,离开声源越远辐射声波的面积越大,通过单位面积的声能就越小。 上述的声音都与人的反应有关。声音的频率范围非常广,而人的听力范围是从20~20 000Hz 。实际

汽车噪声与振动及评价

第八章汽车噪声与振动的评价 第一节概述 汽车噪声与振动的评价标准是由三个因素来决定的。第一是顾客的要求,第二是公司的技术水平,第三是政府的法规。噪声振动评价有车内噪声与振动评价,系统和零部件的噪声与振动评价,车外噪声评价。 噪声与振动评价的第一个方面是车内评价。顾客购买汽车的时候,最关心的是坐在汽车里面对噪声与振动的感觉,这就是车内噪声评价。它是从顾客的角度来评价一部车的噪声与振动大小,所以也叫顾客层次的评价。顾客在购买汽车时,对汽车的价格、品牌等有自己的定位。他们会根据这个定位来期待车内的噪声与振动的水准。比如豪华车的噪声与振动就应该比普通车的低。汽车公司在得到了市场调查结果后,就会以它为指南,然后将市场上相近的几款车拿来做“比较车”。在测量了这些“比较车”的噪声与振动后,汽车公司就会结合顾客的反馈和“比较车”的测量结果,来确定自己将要开发的汽车在市场上的定位和噪声与振动量级。车内评价反映了一部汽车整体噪声与振动水准,所以又叫整车评价。汽车有很多性能,噪声与振动就是其中的一个重要性能。整车评价是汽车产品开发的核心。 噪声与振动评价的第二个方面是系统和零部件的评价。在开发的初期,在车内噪声与振动指标确定后,这个指标就分解到各个系统和零部件。在以后的开发过程中,所有系统和零部件的开发就是以车内指标为中心进行的。比如车内噪声分解到排气系统,排气系统就设立排气尾管的噪声指标、排气系统的辐射噪声指标、消音器的传递损失指标、挂钩传递力指标等等。能否达到系统和零部件的噪声与振动指标就完全取决于汽车公司和供应商的技术水平和制造 能力。这些决定了一家公司在市场上的竞争力。 噪声与振动评价的第三个方面是“通过噪声”。汽车在通过街道和居民区时会产生噪声。过大的噪声会影响人们的休息和生活,於是政府颁定法规,规定当汽车通过街道时,在一定的距离内,其噪声不能超过某个标准,这就是通过噪声。每个国家有自己的通过噪声标准,ISO也有一个统一的噪声标准。现在欧洲和日本的通过噪声标准比美国要严些,因为欧洲和日本的人口密度比美国大得多。 在这三个评价之中,车内评价取决于顾客,通过噪声取决于政府法规,这两个评价都是汽车公司以外的事情,但却决定了汽车的销售。本章集中介绍这两种噪声与振动的评价指标。第二个评价,即系统和零部件的评价是公司内部的事情,本书的绝大多数篇幅都是在讲述系统和零部件的噪声与振动技术以及要求达到的水准,本章就不再介绍了。 在评价汽车噪声与振动时,还可以分为主观评价和客观评价。主观评价是顾客对车内噪声振动的直观感觉,感觉声音是安静还是吵闹,是和谐还是刺耳,感觉振动大小和舒适性。比如,一般顾客喜欢车内安静和舒适,而运动车的顾客则喜欢车内的声音听起来马力十足,开车时使人产生动感。客观评价是通过分析和测量的方法得到噪声与振动的参数来评价车内噪声与振动的大小和好坏。传统上,主观评价和客观评价是分开的,很难彼此代替。可是近年来,研究人员和工程师们一直在研究怎么样用定量的方法来描述主观评价。比如说声品质(将在本章介绍)原来是一个单纯的主观评价,是司机和乘客对汽车噪声的主观反应,可是现在我们可以通过测量曲线上来判断一部车的声品质的好坏。 车内噪声与振动的主观评价指标包括主观定级和声品质。主观定级是人为地把噪声或者

噪声控制习题库

习题 1.真空中能否传播声波?为什么? 2.可听声的频率范围为20~20000Hz,试求出500Hz,5000Hz,10000Hz的声波波长。 3.频率为500Hz的声波,在空气中,水中和钢中的波长分别为多少?(已知空气中的声速是 340m/s,水中是1483m/s,钢中是6100m/s) 4.试问在夏天40℃时空气中的声速比冬天0℃时快多少?在这两种温度情况下1000Hz声波 的波长分别是多少? 5.设在媒质中有一无限大平面沿法向作简谐振动,u=u 0cosωt,试求出u ×10-4m/s时,其在 空气中和水中产生的声压。(已知空气的ρ3,c=340m/s,水的ρ=998kg/m3,c=1483m/s)6.在空气中离点声源2m 7.两列频率相同、声压幅值相等的平面声波,在媒质中沿相反方向传播:p 1=P A cos(ωt-kx)、 p 2=P A cos(ωt+kx),试求两列声波形成的驻波声场的总声压及波腹和波节出现的位置。 8.已知两列声脉冲到达人耳的时间间隔大于50ms,人耳听觉上才可区别开这两个声脉冲, 试问人离开高墙至少多远才能分辨出自己讲话的回声? 9.计算平面声波由空气垂直入射于水面时反射声的大小及声强透射系数,如果以θi=30°斜 入射时,试问折射角多大?在何种情况下会产生全反射,入射临界角θie是多少?(已知空气的ρ3,c=340m/s;水的ρ=998kg/m3,c=1483m/s) 10. ×10-5 Pa,问它们的声压级各为多少分贝? 11.三个声音各自在空间某点的声压级为70dB、75 dB和65 dB,求该点的总声压级。 12.在车间内测量某机器的噪声,在机器运转时测得声压级为87 dB,该机器停止运转时的背 景噪声为79 dB,求被测机器的噪声级。 13.在半自由声场空间中离点声源2m处测得声压级的平均值为85dB。①求其声功率级和声功 率;②求距声源10m远处的声压级。 14.一点声源在气温30℃、相对湿度70%的自由声场中辐射噪声,已知距声源20m处,500Hz 和4000Hz的声压级均为90 dB,求在100m和1000m两频率的声压级。 15.求偶极子声源在同样距离处θ=0°方向上的声压幅值与θ=30°、45°、60°方向上的声 压幅值之比分别为多少? 其余时间均在噪声为75dB的环境中。试求该工人一个工作日所受噪声的等效连续A声级。 18.为考核某车间内8h的等效A声级。8h中按等时间间隔测量车间内噪声的A计权声 级,共测试得到96个数据。经统计,A声级在85dB段(包括83~87dB)的共12次,在90 dB 段(包括88~92 dB)的共12次,在95 dB段(包括93~97 dB)的共48次,在100dB段(包括98~102 dB)的共24次。试求该车间的等效连续A声级。 19.某一工作人员环境暴露于噪声93 dB计3h,90 dB计4h,85 dB计1h,试求其噪声暴露 率,是否符合现有工厂企业噪声卫生标准? 20.交通噪声引起人们的烦恼,决定于噪声的哪些因素? 21.某教室环境,如教师用正常声音讲课,要使离讲台6m距离能听清楚,则环境噪声不能高 于多少分贝? 22.甲地区白天的等效A声级为64 dB,夜间为45 dB;乙地区的白天等效A声级为60 dB, 夜间为50 dB,请问哪一地区的环境对人们的影响更大?

进气系统设计计算报告

密级: 编号: 进气系统设计计算报告 项目名称:力帆新型三厢轿车设计开发 项目编号: ETF_TJKJ090_LFCAR 编 1 2 2.3 拟选定空气滤清器的允许阻力计算及设计原则 (4) 2.4 滤清效率要求 (7) 2.5 空滤器滤芯面积确定及滤纸选用 (8) 2.6 进气系统结构的确定 (9) 2.7 进气系统管路阻力估算 (10)

3 结论 (12) 4 参考资料及文献 (12) 1进气系统概述 1.1 系统总体设计原则 在国内外同挡次同类型轿车的进气系统结构深入比较分析的基础上进行 . , 2 , 。 n——最大功率点转速min /r; η——充量系数; 1 η——汽缸数效率; 2 τ——冲程数,四冲程取2,二冲程取1 上式中Tritec1.6L发动机参数

V =3101598-X 3m n =6000min /r 1η=0.95 2η=1(四缸取1) 将参数代入得: min /r , 0s P ,1)管路从节气门(进气歧管)到气阀处有: 式中: a P ——换气过程下止点时缸内压力,Pa (设a P =KPa 1.0); s P ——近似为大气压力,Pa X 5101; s w ——为新鲜空气流入进气歧管的初速度,s m /; s ρ——进气管入口处的空气密度,3/m kg ,式中取3/29.1m kg ;

a ρ——进气阀处空气密度,3/m kg ;式中取3/29.1m kg a w ——为新鲜空气流经气阀处的流速,s m /; s h ——进气系统阻力损失, Pa 2)按发动机转速为6000min /r ,分别确定a w ,1s w ∴ a w =s p m F F C / 2 mm 又∴又排气门直径(Head Diameter —Exhaust )为: 25 mm ∴进气阀平均有效流通截面积s F : 得 s m w a /110= 3)确定新鲜空气流入进气歧管的初速度s w : 进气歧管参数及外形如下图:

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