汽車(chē)排氣系統(tǒng)噪音與振動(dòng)的控制

1、汽車(chē)排氣系統(tǒng)噪音與振動(dòng)的控制 汽車(chē)排氣系統(tǒng)噪音與振動(dòng)的控制1 前言很多款國(guó)產(chǎn)汽車(chē)市場(chǎng)普遍反應(yīng)駕駛室內(nèi)振動(dòng)噪音較大,通過(guò)測(cè)試,怠速駕駛員耳旁噪聲為52db,而同類(lèi)車(chē)型(如威馳)僅為44db,b級(jí)車(chē)(如豐田佳美)等一般小于40db,為降低振動(dòng)噪音,改善乘座舒適性需要對(duì)該車(chē)的nvh狀況進(jìn)行了全面分析,發(fā)現(xiàn)整車(chē)nvh狀況不但與發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇、進(jìn)排氣系統(tǒng)等本身振源有關(guān),還與發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣系統(tǒng)這些振源的的懸掛隔振能力有關(guān),更與車(chē)身本身結(jié)構(gòu)有關(guān),進(jìn)行進(jìn)一步分析研究,其中排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動(dòng)噪音是該車(chē)主要噪聲源之一,要解決整車(chē)振動(dòng)噪音,對(duì)排氣系統(tǒng)改進(jìn)必不可少。排氣系統(tǒng)通常是指從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到排氣尾管各個(gè)部件的組

2、合(見(jiàn)圖1), 主要功能是廢氣處理與降低噪聲。 排氣系統(tǒng)對(duì)整車(chē)nvh的影響主要有兩個(gè)方面:(1)排氣系統(tǒng)噪音:通過(guò)空氣傳到駕駛室內(nèi)。(2)排氣系統(tǒng)的振動(dòng):通過(guò)排氣系統(tǒng)的吊掛傳到駕駛室內(nèi)。研究時(shí),需要對(duì)這2個(gè)方面分開(kāi)研究。2 排氣系統(tǒng)的噪聲源排氣系統(tǒng)的噪聲源包括空氣噪聲、沖擊噪聲、輻射噪聲和氣流摩擦噪聲。(1)空氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的壓力波在排氣管道中傳播而形成的,空氣噪聲取決于排氣管道的直徑,氣流量一定時(shí),直徑越大,空氣噪聲就越穩(wěn)定,它的大小取決于排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。(2)沖擊噪聲是排氣管道中不穩(wěn)定的氣流對(duì)管道產(chǎn)生沖擊波而形成的。假如排氣歧管彎曲的弧度太小,發(fā)動(dòng)機(jī)出來(lái)的氣流會(huì)對(duì)它產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖

3、擊,從而發(fā)出“砰”、“砰”的沖擊聲。在管道截面積突然變化時(shí),也會(huì)產(chǎn)生噪聲。加在管道的過(guò)渡圓弧各漸進(jìn)地改變結(jié)構(gòu)的變截面積是減小沖擊噪聲的途徑。(3)輻射噪聲是由于排氣系統(tǒng)的管道各消聲元件被機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)或者受內(nèi)部流體壓力波動(dòng)引起振動(dòng)而將聲音輻射出去所形成的。主要來(lái)自三個(gè)方面:機(jī)械振動(dòng):發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)帶動(dòng)整個(gè)排氣系統(tǒng)振動(dòng),車(chē)體的振動(dòng)就會(huì)通過(guò)掛鉤傳遞給排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)中有很多薄板,如消聲http:/www.lwlm.com器的外殼和管道的外殼等。一旦這些薄板被激起振動(dòng),就會(huì)對(duì)外輻射噪聲。穩(wěn)定的空氣氣流。這種穩(wěn)定的氣流會(huì)對(duì)薄板結(jié)構(gòu)施加穩(wěn)定脈動(dòng)力,從而激起板的振動(dòng),并輻射噪聲。不穩(wěn)定氣流。當(dāng)管道中的氣流速度非

4、常高時(shí),在管壁附近就會(huì)形成紊流,這股紊流不斷沖擊薄板產(chǎn)生輻射噪聲。輻射噪聲的大小取決于這些板結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形狀各剛度等。輻射噪聲的頻率與薄板結(jié)構(gòu)振動(dòng)的頻率是對(duì)應(yīng)的,解決輻射噪聲的途徑:一是減少流體聲波的擾動(dòng);二是改變結(jié)構(gòu)的特征,如采用雙層板殼結(jié)構(gòu)、加阻尼處理等。(4)氣流摩擦噪聲是當(dāng)流動(dòng)速度非常高的氣流傳到尾管時(shí)對(duì)外發(fā)出的巨大噪聲。降低辦法有:減小氣體的流動(dòng)速度,增加管道的截面積,管壁盡可能地光滑,避免管道中的突然轉(zhuǎn)彎,在排氣管口避免障礙物體,使用吸聲材料等。3 汽車(chē)排氣系統(tǒng)懸掛點(diǎn)優(yōu)化方法汽車(chē)排氣系統(tǒng)一般通過(guò)法蘭和吊耳分別與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管以及車(chē)身地板相連.由于受到發(fā)動(dòng)機(jī)本身振動(dòng)和排氣激勵(lì)

5、的影響,排氣管振動(dòng)相對(duì)較大.排氣系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)通過(guò)掛鉤和吊耳引起車(chē)身地板的振動(dòng),從而產(chǎn)生車(chē)內(nèi)噪聲.因此,選擇排氣管振動(dòng)相對(duì)較小的位置作為掛鉤吊耳的懸掛點(diǎn),減少排氣管向地板的振動(dòng)能量的傳遞,對(duì)于提高乘客艙的nvh性能,增加排氣管掛鉤和吊耳的壽命,防止吊耳跳動(dòng)脫落等均有重要的意義。在整車(chē)開(kāi)發(fā)的前期,只需排氣系統(tǒng)三維cad模型和質(zhì)量分布信息(見(jiàn)圖2),完成懸掛點(diǎn)的優(yōu)化布置,從而有利于達(dá)到整車(chē)nvh的性能要求。3.1 平均驅(qū)動(dòng)自由度位移方法(addofd)假設(shè)單點(diǎn)激勵(lì),根據(jù)多自由度系統(tǒng)模態(tài)分析理論,響應(yīng)點(diǎn)l和激勵(lì)點(diǎn)p之間的頻率響函數(shù)為:(1)其中,lr是第l個(gè)測(cè)點(diǎn),第r個(gè)模態(tài)振型系數(shù);mr和r分別是模態(tài)

6、質(zhì)量和模態(tài)阻尼比.如果激勵(lì)力的頻率為r,則近似地有 (2)對(duì)于線性系統(tǒng),位移響應(yīng)的幅值和頻率響應(yīng)函數(shù)的幅值成正比,進(jìn)一步假設(shè)振型以質(zhì)量矩陣歸一化,各階的模態(tài)阻尼近似相等,則(3)定義第j個(gè)自由度的平均驅(qū)動(dòng)自由度位移(average driving dof displacement)為(4)addofd(j)可以用來(lái)預(yù)測(cè)j自由度在一般激勵(lì)情況下(在某個(gè)頻率范圍內(nèi)的所有模態(tài)均被激發(fā))的位移響應(yīng)的相應(yīng)大小.本方法也常應(yīng)用于模態(tài)試驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵筝^高的情況.如果僅僅測(cè)試一階模態(tài),則平均驅(qū)動(dòng)自由度位移最小點(diǎn)位于這一階模型的節(jié)點(diǎn)處。4 結(jié)語(yǔ)隨著市場(chǎng)對(duì)車(chē)輛nvh性能要求越來(lái)越高,在整車(chē)前期開(kāi)發(fā)過(guò)程中引入cae分析,可以有效預(yù)測(cè)整車(chē)nvh性能,對(duì)于保證開(kāi)發(fā)質(zhì)量,縮短開(kāi)