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尾管布置副消声器对车内、车外噪声影响的研究
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1、前言
汽车的车内NVH特性已成为左右消费者是否购买一款汽车的重要因素，同时国家对车外噪声的限制也越来越严格，而排气系统噪声作为影响汽车车内、车外噪声的主要噪声源之一，对车内噪声的主观感受和车外噪声的结果有直接影响，因此在优化汽车车内和车外噪声特性时，对排气系统的调谐予以重视，开发出车内、车外噪声性能优异的车型，满足消费者要求。
本文以一款SUV车型为例，研究如何通过合理匹配副消声器的设计，达到满足车内和车外噪声的要求。
2、研究实例
2.1 车型简介
该车型为SUV搭载排量2.4升的自然吸气汽油机，最大功率93KW，最大扭矩为190N.M，前置发动机，后轮驱动，5速手动变速器。
2.2 车外加速噪声研究
首先对该车型进行了车外加速噪声测试，测试结果为车外加速噪声值2档为75.6dB(A)，此种测试工况下发动机进线转速为3500rpm,出线转速为4300rpm；3档噪声值为车外加速73.4dB(A), 此种测试工况下发动机进线转速为2300rpm,出线转速为2800rpm，综合2档，3档测试结果，该车车外加速加速噪声值为74.5dB(A)。
然后，将1个大消声器(BAM容积70升，内部填满吸声材料，该消声器对噪声有极大地衰减）接在现有排气尾管后，再次对该车型进行车外加速噪声测试，测试结果为车外加速噪声值2档为73.0dB(A)，此种测试工况下发动机进线转速为3500rpm,出线转速为4300rpm；3档噪声值为车外加速72.5dB(A), 此种测试工况下发动机进线转速为2300rpm,出线转速为2800rpm，综合2档，3档测试结果，该车车外加速加速噪声值为72.8dB(A)。
通过以上测试结果，可以得出以下结论：
1.由于大消声器对排气噪声有极大地衰减作用，因此在原排气系统后接大消声器，可以将排气噪声降低到对车外加速噪声没有明显贡献的程度，据此通过加大消声器前后的车外加速噪声值的变化情况，可以计算排气噪声对车外加速噪声的贡献值；
2.加大消声器后，2档车外加速噪声值降低2.6dB(A),3档车外加速噪声值降低0.9dB(A),，排气噪声对车外加速噪声的贡献在发动机3400rpm以上时贡献明显，其值可用下述公式计算： exhaust noise（dB(A))=10*log(10^(A/10)-10^(B/10)) ,其中A为未加大消声器的车外加速噪声值，B为加大消声器后的车外加速噪声值，经计算：2档时排气噪声对车外加速加速噪声贡献值为71.9dB(A), 3档时排气噪声对车外加速加速噪声贡献值为66.1dB(A)；
3. 由于2档时排气噪声对车外加速噪声贡献较大，可以考虑重新设计消声器或加1级副消声器降低排气噪声，进而降低车外加速噪声。通过对底盘空间布置的分析，在尾管布置副消声器是较好的选择；设计了1型阻型消声器布置在原排气系统尾管 接着，对改进车重新进行车外加速噪声测试，测试结果为车外加速噪声值2档为74.2dB(A)，此种测试工况下发动机进线转速为3500rpm,出线转速为4300rpm；3档噪声值为车外加速73.0dB(A), 此种测试工况下发动机进线转速为2300rpm,出线转速为2800rpm，综合2档，3档测试结果，该车车外加速加速噪声值为73.6dB(A)。实验证明，改进排气系统设计降低车外加速噪声0.9dB(A),并使原未达到GB1495－2002标准的车型满足了要求，因此，降低车外加速噪声的思路是正确的，效果是明显的。
2.3 车内噪声研究
尽管改进排气系统设计对车外加速噪声有明显的降噪效果，但是对车内噪声的影响也应进行验证，以同时满足车外、车内噪声的要求。
对排气系统改进前后全负荷加速车内噪声及倒拖工况车内噪声进行了试验测试，测试结果如图1到图4所示。

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图1改进前后全负荷加速驾驶员右耳车内噪声级，实线为原系统，虚线为改进系统

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图2改进前后全负荷加速后排车内噪声级，实线为原系统，虚线为改进系统

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图3 改进前后倒拖工况驾驶员右耳车内噪声级，实线为原系统，虚线为改进系统

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图4 改进前后倒拖工况后排车内噪声级，实线为原系统，虚线为改进系统，粗实线为改进后2阶成分

由上述4图分析可知，排气系统改进前后对全负荷加速驾驶员右耳车内噪声及倒拖工况无影响，但是改进排气系统后对倒拖工况后排车内噪声在2400rpm内产生1峰值，是由排气2阶噪声导致的，频率大致为80Hz左右。该共振峰值导致主观声品质恶化，必须解决此问题，同时还必须满足车外加速噪声的达标。
首先考虑可能是由于副消声器室共振导致此问题，因此采取以下几种措施试图解决：
（1）原副消声器无隔板，拟增加副消声器隔板数量，以提高室共振频率
（2）增加吸声材料的密度，以增加低频吸声效果
（3）改变穿孔管穿孔率，以改变室共振频率
制作样件后，在倒拖工况下再次测试后排车内噪声，测试结果如图5-图7所示

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图5隔板增加后排车内噪声，其中实线为原副消声器，点划线为增加2隔板，点线为增加3隔板

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图6吸声材料密度增加后排车内噪声，其中实线为原副消声器，点划线为增加50克/升，点线为增加100克/升

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图7 穿孔管穿孔率改变后排车内噪声，其中实线为原副消声器，点划线为2%穿孔率，点线为4%穿孔率

由以上几个测试结果，可分析出以下结论：
（1） 增加隔板，增加吸声材料密度没有效果，不能降低共振峰值
（2） 减小穿孔管穿孔率对解决问题有一定效果，但实际作用是降低了阻性消声器的作用
（3） 考虑采用在尾管上设计亥姆霍兹共振器以降低共振峰值。
经设计，将亥姆霍兹共振器的共振频率设计为80Hz,采用原阻性消声器的筒体，进行测试，结果如图8所示

（图片）

图8 倒拖工况后排车内噪声，绿线为带阻性副消声器排气系统，红线为原排气系统，蓝线为带共振器排气系统

由上图可知，在尾管上设计亥姆霍兹共振器，对倒拖工况2200rpm-2900rpm车内噪声有显著降低。设计亥姆霍兹共振器的思路及效果都是显著的。
为了确认亥姆霍兹共振器对其他位置，其他工况及车外加速噪声的影响，分别进行了实验验证，结果显示亥姆霍兹共振器对上述要求无影响。
3、结束语
通过对某SUV排气系统尾管设计副消声器，研究了不同类型副消声器对车内噪声、车外加速噪声的影响，得出以下结论：
（1） 消声器未必级数越多，效果就越好，需要综合分析；
（2） 整车NVH性能必须全面验证，某一零件的设计更改可能只对某一工况有效果，必须全面考虑其他工况、位置的技术要求，否则易出现失误 。 7/15/2009

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