进排气系统NVH前期设计.ppt

1、汽车进排气系统前期NVH设计,上汽集团股份乘用车技术中心 顾彦 2009-11,BMW的例子,Z4跑车,TOYOTA的例子,Camry,ES330,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,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,必须满足,必须消除,降低和平衡,调整至最佳,调整至品牌特性,进排气竟然被委以汽车声音品牌特性的重任！,声品质体现品牌特性,进排气系统烟囱？,进气口,节气门,进气气系统关键性能要求,进气系统组成以及声源和路径,排

2、气系统关键性能要求,排气系统组成以及声源和路径,汽车性能设计,汽车性能设计,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 ,根据前期调试结果，进一步验证，优化,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,等长 减少非主阶次和半阶次成分 改善声品质 提高舒适性,非等长 存在较多非主阶次和半阶次成分 差声品质,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

3、: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 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NV性能以及分解为系统要求,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 dBA,进排气系统噪声衰减,车身系统的噪声衰

4、减,进排气噪声 (进气口噪声),10dBA,整车噪声性能分解为进排气噪声性能,进排气前期设计过程,虚拟是前期设计的主要手段,部分常用虚拟工具,EXCEL 数据处理，消声元件评估，目标分解 GT-Power，WAVE 一维流体，传递/插入损失，管口噪声，背压/压降 Fluent，Star-CD 三维流体，流动分布，压降，热 NASTRAN 结构模态，传递损失，结构耐久，辐射噪声 ADAMS 包络面，动态间隙,进气系统虚拟性能工况,进气系统消声容积评估 进气系统流场分布与压降 进气系统传递损失 进气口噪声水平与阶次成分 通过噪声贡献 进气系统安装点动刚度 进气系统板壁模态频率 进气系统耐久分析,排

5、气系统虚拟性能工况,排气系统消声容积评估 排气系统包络面 排气系统挂钩位置优化 排气系统传递损失 尾管噪声水平与阶次成分 排气系统热、流、背压 排气系统模态 消声器辐射噪声 通过噪声贡献 悬挂位置动刚度 排气系统耐久分析,举例（1）,一个进气系统的消声设计优化,Slide 7 of 16,发动机节气门处噪声(无消声器),节气门处噪声,进气口噪声水平目标,定义进气系统插入损失目标,Slide 8 of 16,减去,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,在特定频率还存在问题,Slide 9 of 16,初始消声方案与效果,共振

6、腔一分为二,增加一个1/4波长管,Slide 10 of 16,优化消声方案与效果,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,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 缺点: 有限元网格不容易修改 管道穿孔比较难以建模,有限元法计算传递损失,Slide 11 of 16,简单消声器传递损失,理论解高频失效临界频率：,式中 为膨胀比， 为波数， 为膨胀腔长度。,简单消声器传递损失,理论解失效,典型消声器的计算结果,

7、典型消声器的有限元模型,不同穿孔率下的传递损失,Slide 12 of 16,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j个自由度的平均驱动自由度位移（Average Driving DOF Displacement）为 预测自由度j在一般激励情况下(在某个频率范围内的所有模态均被激发)的位移响应的相应大小。 如果仅仅测试一阶模态，则平均驱动自由度位移最小点位于这一阶模态的节点处。,排气系统吊钩位置优化分析,举例（4）,通过噪声的进排气贡献,通过噪声模拟,根据国家标准GB1495-2002 车辆以50km/小时速度，全油门加速通过AA和BB 记录相应的噪声水平 强制环