基于传声损失的汽车进气系统仿真分析与改进
材料设置为空气，考虑流速和气压等的影响，其参数为密度1.15kg/m3，，声速350 m/s。计算频率和载荷步（载荷不步，载荷步是一个物理量名称）需要根据关注范围和计算机配置进行设定，本文针对的频率都在低频范围，为节约计算机资源，在20Hz～-400 Hz范围内步长设为1 Hz，，400Hz-～1 000 Hz步长为10 Hz，1 000Hz-～2 000Hz步长为20 Hz。
3.3 原始进气系统传声损失
由于滤纸对低频消声性能影响很小，本次分析关注的频率为66 Hz和，225 Hz，因此，不用考虑滤纸的影响。分析得到该车型进气系统传声损失曲线如图4所示。
传声损失 TL/
频率f/
图4 进气系统原始传声损失图
由图4可知见，此进气系统消声情况良好，高频部分在加入滤纸后会有明显提高，在100～Hz-300Hz范围内有两个峰值，分别为121 Hz和261 Hz，对应为两个赫姆霍兹消声器消声的中心频率。在66 Hz和225 Hz处的消声量分别为13.01 dB和9.86 dB，消声量明显不足，从而车内噪声明显。此进气系统结构特殊，除外部赫姆霍兹消声器外，空滤器里还有一个，如图5所示。
图5 空滤器内部赫姆霍兹消声器
由赫姆霍兹消声器消声的中心频率公式可知，消声器容积越大，连接管截面积越小，中心频率越小。通过对两个消声器的观察与分析，外部消声器容积明显大于空滤器内部消声器，外部赫姆霍兹消声器与内部赫姆霍兹消声器消声的中心频率应分别为121 Hz和261 Hz。为验证理论与仿真计算的一致性，分别去掉两个俩消声器做两次计算，得出传声损失曲线，通过3三个曲线比较，仿真计算结果与理论公式结果一致，如图6所示。
传声损失 TL/
频率f/
图6 三种情况传声损失图
3.4 66 Hz和225 Hz消声优化
首先针对66 Hz处噪声的优化。在节约成本，改动最少的前提下，确定一个改进方向：不增加任何消声元件，充分利用现有消声元件，即改动赫姆霍兹消声器相关参数用以降低66 Hz处的噪声。所以，本文需要将更接近目标频率的外部消声器消声中心频率由121 Hz降低到66 Hz。加大外部赫姆霍兹消声器容积需要从重新开模，成本较大，故本文在连接管道处下手，根据理论公式，需降低消声中心频率，有两种方式可以做到：其一，减小导管的截面积；其二，加长导管的长度。如果将截面积和导管长度两个参数互相结合，有三种方法，即分别改变截面积和导管长度，截面积和导管长度同时改变，本文考虑发动机舱空间限制和结构的稳定性，采用改变截面积和截面积与导管长度结合改变两种改进方案，具体情况如下。
方案一，消声器连接导管内径由50 mm改为24 mm，其它他参数均不变， 如图7所示。
A.（a）原始导管内径 B.（b）改进管内径
图7 方案一（改导管内径）
对减小导管内径后的进气系统作传声损失计算，观察计算结果，发现第一个峰值由原始的121 Hz降到了现在的66 Hz，正好实现了我们对目标频率的优化。同时传声损失量比原始系统有所减小，这是赫姆霍兹消声器导管管径减小所致。但消声量已达到了28 dB，，比原始13.01 dB增加了15 dB，， 满足消声要求。传声损失曲线见图8。
传声损失 TL/
频率f/
图8 方案一传声损失图
方案二，延长赫姆霍兹消声器连接导管至消声器腔内，延长长度103 mm，形状为圆台，始端内径不大于50 mm（原始）即可，末端内径18 mm。如图9红色部分所示。
A.（a）原始导管 B.（b）延长导管
图9 方案二（延长导管）
方案二的消声器消声中心频率也降低到66 Hz，且中心频率消声量达到了65 Hz，比原始13.01 dB增加了51.99 dB，比方案一28 dB增加了37 dB，取得了比方案一更好的消声效果。传声损失图见图10。
传声损失 TL/
频率f/
图10 方案二传声损失图
针对进气225 Hz的噪声问题，本文利用空滤器内部现有的赫姆霍兹消声器改进参数来实现。改变消声器容积会影响空滤器容积且成本增大，此系统导管长度也不易改变，只能改变开口面积（即导管截面积），从而使此消声器消声的中心频率由261 Hz降低到225 Hz。为保证改动尽量少，只减小消声器开口面长度，高度不变。长度由原始的43 mm减小到20 mm，如图11所示。
A.（a）原始开口（43mm） B.（b）减小开口（20mm）
图11 优化前后模型对比图
对优化后的模型做传声损失仿真，观察计算结果，见如图12所示。由低频到高频，在第二个峰值处（第一个峰值为外部赫姆霍兹消声器作用所致）频率为226 Hz，消声量达到47 dB，相应的225 Hz消声量也达到了38 dB，比原始9.86 dB增加了28.14 dB，完全满足消声要求。
传声损失 TL/
频率f/
图12 优化后传声损失图
4 结论
综上所述，本文基于进气噪声理论和传声损失仿真，探索了汽车进气系统声学设计的方向，验证了优化结果。通过进气系统各种消声元件的理论公式，对进气系统各消声元件的设计与优化提供方向和理论基础，完成了进气系统消声元件针对目标频率的设计与优化。再以传声损失仿真来验证优化后的系统能否满足目标消声频带的要求。
（1）本文所做的工作，为进气系统的噪声优化起到了参考作用，并且是一种有效的进气噪声优化方法，为车辆进气系统消声元件的声学性能设计提供定量的依据，为进气系统噪声优化提供一种可靠、实用、便捷的途径。
（2）赫姆霍兹消声器对低频消声非常有效，针对性强，在消声器容积、腔外导管长度和消声中心频率相同的情况下，增加腔内内插管比减小导管截面积的消声量要大。
（3）本文没有研究消声元件的变化对整个系统压力损失的影响，可作为今后研究的内容。
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作者简介：
邢阳（1987-），男，四川省泸州市人。，硕士，工程师，主要从事空气动力学与车身结构仿真工作。
Tel：15215151150
E-mail：446479698@qq.com