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某车进气系统驻波问题研究 邹岳 王军伟 石岩 长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000 摘 要：某车进气管道过长，导致进气口噪声出现明显的驻波特性，声品质很差。本文利用理论分析和仿真计算方法，研究驻波形成的原因，并根据分析结果，采取开孔处理破坏驻波。利用仿真方法选择合理的开孔位置及开孔面积，最后在实际进气管道上开孔。对于出气管采用四分之一波长管。试验结果表明进气噪声共振带得到消除，说明采取的措施是有效的。针对典型的进气管道过长引起的驻波问题，识别问题原因。利用管道开孔方法来消除驻波，并通过理论计算和仿真求解，确定开孔面积和位置，取得良好的降噪效果。 关键词：进气系统；声模态；消音孔；四分之一波长管 前言 在整车布置阶段，如果不考虑到进气系统声模态频率及振型，会导致声模态频率不合理，后期有发生共鸣的可能，导致进气噪声偏大，不利于整车提高声品质。本文结合某车型实际案例，研究进气导管长度对声学的影响。利用LMS Virtual.lab 软件Acoustic模块分析声模态及管口声压级，找到开孔位置，并得到较为合适的开孔面积。经过实车试验，效果明显。此方案不占用发动机舱空间，对于整车布置比较方便。为后续车型开发提供参考。 1.问题描述 某皮卡的进气系统管道很长，导致出现了明显的驻波，而且车内噪声也出现与进气系统相同的共振带，怀疑这些车内噪声成分是进气系统引起。 进气口噪声频谱如图1所示： 图1 进气口噪声频谱 将图中的问题频率列表，如表1所示： 表1 进气口噪声共振频率 频率 170 340 510 700 855 1030 1200 1375 可以看到问题频率显示出倍数关系。从规律判断，应当是导管驻波频率，因此怀疑此问题是引气管驻波引起。 2.问题分析 2.1 计算驻波频率 对于进气系统来说，当频率足够低时声学元件尺寸相比声波波长很小，声学元件内部空气看做刚体，等效为集中参数系统，构成多自由度振动模型。随频率升高，消声元件内部的空气有了相对运动，即驻波现象。在进气口测试数据的表现为图1所示的共振带，其频率呈倍数关系。怀疑是驻波。 用理论计算和仿真软件分别计算模态的固有频率。用LMS Virtual lab软件声学模块仿真计算声模态，在有限元模块中进行，边界条件为在导管两个端面设置声压为零，求解声模态。 问题频率 170 340 510 700 855 1030 1200 1375 理论声模态 170 340 510 680 850 1020 1190 1360 仿真声模态 175 348 526 698 868 1035 1208 1381 理论计算及仿真分析结果与实际问题频率非常一致。可以判断主要问题是管道驻波引起。 2.2确定消声器布置位置 计算从节气门处到进气口整个进气系统受单位声压激励，管口的声压级。在有限元模块计算，管口采用自动匹配层，距离管口100mm布置场点。 图2 管道声模态云图 由上图可以看到峰值频率与问题频率吻合。综合声模态云图与系统受单位声压激励的声压云图，判断消声器施加位置。 图示信息说明在引气管中间布置消声元件效果最好，与声模态结果一致。 2.3 消声元件设计 已经分析确定了问题原因是管道长度导致，并且确定消声元件布置位置。现在需要确定如何布置消声元件。 用四分之一波长管容易消除驻波，而且利用一个结构来消除多个频率。但是低频需要的波长管太长，很难布置。 谐振腔同样需要很大空间，且只有其第一个共振频率可控，其他模态频率无法控制。 开孔则不需要考虑空间布置问题，只要解决防水就可以了，且可以消除一系列频率的噪声。 根据声模态及声压计算云图，确定开孔位置。700Hz附近的云图显示声压最大值在出气管上，无法用消音孔处理，设计一四分之一波长管。 除开孔位置外，孔的面积也影响消声效果，设计不同的开孔面积方案，仿真计算对比不同效果，管口声压级如图4所示。 图4 开孔后管口声压 图中红线为原状态，蓝线为前导管开孔，绿线为前导管孔增多效果。 通过对比，确定消声效果与其他性能平衡后的开孔方式。 3 试验验证 根据分析结果，在管道开孔并制作四分之一波长管，装车测试进气口噪声。 进气口噪声的问题频率明显消除，说明前期分析是合理的，方案设计可行。 4 结论 本文采用仿真技术计算了管道声模态，计算结果与理论值、实际问题一致。根据仿真结果确定用消音孔，成功降低了管口谐频噪声。本文的技术路线为进气系统噪声控制提供了一种选择。 参考文献： [1]杜功焕 朱哲民 龚秀芬 声学基础[M].南京：南京大学出版社2013 [2]赵松龄 噪声的降低与隔离 [M]. 上海：同济大学出版社，1985