《汽车排气的阶次噪声和气流噪声分析与控制》刘海涛，著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《汽车排气的阶次噪声和气流噪声分析与控制》

【作　者】刘海涛，著

【页 数】 205

【出版社】 成都：西南交通大学出版社 , 2020.08

【ISBN号】978-7-5643-7523-2

【价 格】88.00

【分 类】汽车排气

【参考文献】 刘海涛，著. 汽车排气的阶次噪声和气流噪声分析与控制. 成都：西南交通大学出版社, 2020.08.

图书封面：

图书目录：

《汽车排气的阶次噪声和气流噪声分析与控制》内容提要：

汽车排气噪声控制是整车噪声控制的重要部分，排气系统的开发已成为汽车领域的核心技术。由于国内该技术发展落后，排气系统的设计基本处于仿制阶段，尚缺乏系统的分析及匹配设计能力。研究排气噪声的分析、预测及快速设计方法，不仅对提升国内排气系统的自主设计能力和整车的噪声性能具有重要的意义，而且对城市道路交通噪声污染的控制也具有重要的作用。本书综合利用理论分析、数值计算及试验等手段，从排气噪声中阶次成分的时域多分辨率提取、发动机源特性的识别、阶次噪声的控制及气流噪声的分析与控制四个方面进了深入研究，提出了有效的解决办法，从而为排气消声器的正向匹配设计提供必要的技术手段。书中所提出的解决方法和模型对于实际工程问题具有较强的指导作用和借鉴意义。

《汽车排气的阶次噪声和气流噪声分析与控制》内容试读

【第1章】>>>

引言

汽车排气噪声主要由发动机气缸运动所产生的阶次噪声以及气流经过消声器时所产生的气流噪声两部分组成，两种噪声共同决定了排气尾管辐射噪声的大小，如图1.1所示。

尾管辐射噪声

00

气流噪声←

400

内燃机

、200

T0

阶次噪声

(/min)

脉动气流

图1.1排气尾管辐射噪声分析示意

排气阶次噪声是发动机气缸运动时产生的压力波在排气管道中传播而形成的。阶次噪声主要处于低频段，与发动机运转工况直接相关，在色谱图上可以明显分辨出阶次线，其各阶成分声压级大小的组合会对排气声品质产生影响。气流噪声是管道中气体流动时与消声器内部结构，如突变截面、穿孔等，相互作用形成湍流，继而引发的噪声。气流噪声与阶次噪声不同，呈宽频带分布特征，仅与气流速度和消声器结构相关，其大小直接影响尾管辐射噪声的总声压级大小。

由以上分析可知，阶次噪声和气流噪声产生原理、影响因素以及频率分布都不相同，在低马赫数流动的排气管道内，两种噪声的耦合作用

汽车排气的阶次噪声和

气流噪声分析与控制〈〈<<002a

可以忽略。因而本书对于两种噪声分别进行研究，并对汽车排气噪声问题做如下分解，如图1.2所示。对于排气噪声的控制，关键在于对阶次噪声的消减以及气流噪声的抑制。而解决阶次噪声问题，需要考虑三个方面的子问题，即从排气噪声中提取出阶次噪声成分进行对比分析，设计仿真时需要考虑与发动机的耦合以及开发高性能的阶次消声结构。

汽车排气的阶次噪声和气流噪声分析与控制

阶次噪声消减

气流噪声抑制

排气阶次噪声的

发动机声源特性的

阶次消声结构的

提取

准确识别

开发

图1.2汽车排气噪声问题的分解图

1.1研究背景与意义

近年来，随着经济的快速发展和人民的生活水平大幅提高，我国汽车保有量迅猛增长。汽车在给人民生活带来便利的同时，也对人民的生活环境产生了巨大的影响，城市道路交通噪声占据了城市噪声的70%左右，其污染问题已成为各国城市发展的共性难题四。特别对于正处于经济高速增长以及城市化进程加速时期的我国各大城市，道路交通噪声成为城市噪声污染的最主要来源，严重影响了城市居民的生活。根据我国环境保护部门发布的中国环境状况公报中声环境相关数据显示，2013年对316个地级以上城市中进行昼间监测，道路交通噪声强度一级和二级的城市占总城市数的97.8%，三级和四级的城市占到总城市数的1.6%，

五级的城市为0.6%。与2012年相比，一级、二级以及三级城市比例下降了1.6个百分点，四级和五级的城市比例分别上升了1.0个百分点和

0.6个百分点。而对292个城市进行夜间监测的结果显示，中度污染的城市比例达6%，重度污染的城市比例占5.8%21。

世界上许多国家都制定了相关的法律法规来限制汽车噪声，而且对

第1章

003>>>>引言

噪声限值的要求越来越严格。欧共体对M1类汽车加速行驶通过噪声的

限值要求从1970年的82dB(A)提高到1995年的74dB(A),降低了8dB(A):日本对M1类汽车加速行驶通过噪声的限值要求从1982年的78dB(A)提高到1998年的76dB(A),降低了2dB(A)B。而我国在1990年将车外噪声限值提升为强制性标准，并在2002年重新修订了

M1类汽车加速行驶车外噪声限值，由82dB(A)提高为77dB（A),并于2005年继续将限值提高为74dB(A)4)。外部越来越严格的法规要求迫使各大汽车整车制造厂商以及零部件企业努力开发降噪技术，使得生产的车辆满足上市的强制要求。另一方面，车内噪声的大小和品质会直接影响驾驶者对车辆品质的主观评价，乘用车厂商为了获得消费者对自己生产汽车的认可，将汽车噪声控制作为整车开发中重点发展的技术。

汽车噪声是由多种噪声合成的结果，汽车噪声来源一般包括发动机、传动系统、进排气系统、轮胎以及车身系统等)。据有关研究显示，汽车排气噪声对车外噪声的贡献率占约20%以上，在汽车噪声源中居重要位置[6，刀。同时，排气噪声也对整车的噪声品质有直接的影响，如今降低排气噪声不再是排气消声器设计的唯一目标，让汽车排气噪声符合人的主观感受成为更高的设计目标[8-1。因此，排气噪声控制成为整车噪声控制中的一个重要环节，汽车排气系统的开发设计也成为汽车领域的关键核心技术。

汽车排气消声器是用于控制发动机噪声的核心零部件，其功用主要有两个，即顺畅地排出废气以及控制发动机工作时排气所产生的噪声。排气系统的噪声由多种噪声源辐射的声音叠加而成，主要包括阶次噪声、气流冲击噪声、壳体辐射噪声和气流噪声]。气流冲击噪声是由管道内不稳定气流对管道产生冲击而产生的，可以通过加大管道的过渡圆弧和在突变截面处使用渐变结构等方法来减小冲击噪声。壳体辐射噪声主要来自两个方面：一方面，发动机和车体的振动会带动整个排气系统振动，并激起消声器外壳等薄板结构振动，从而对外辐射噪声；另一方面，排气系统内部气流的脉动以及紊流也会对薄板结构施加作用力，从而激起薄板振动并辐射噪声。壳体辐射噪声可以通过优化设计板结构的几何尺寸、结构形状和刚度来降低，如采用双层板壳结构、设计加强筋、沟槽、加阻尼处理等手段。阶次噪声和气流噪声主要通过排气系统尾管口向外

汽车排气的阶次噪声和

气流噪声分析与控制〈<<004%%

界环境辐射，是排气噪声的主要来源。阶次噪声是由发动机在旋转时排气冲程产生的压力波，并在排气管道中传播而形成的。阶次噪声在发动机中低速运转时，占据了排气尾管辐射噪声的绝大部分，是排气系统声学腔体结构设计主要针对的对象，也是最难处理的噪声。气流噪声是管道中气体流动速度较高时，流体与消声器内部各种结构相互作用形成湍流，继而发出的气流噪声。气流噪声与气流速度相关，随着速度的增高，气流再生噪声会成几何级数增加山。有学者进行了相关统计研究，在发动机中高转速运行时，排气系统内部产生的气流噪声占据了排气尾管辐射噪声较大部分2]，如图1.3所示。因而，排气系统设计面临的两个最大问题是阶次噪声和气流噪声的控制。

110

一一一阶次噪声

一阶次噪声及气流噪声

100

90

80

70

1000

2000

30004000

5000

6000

转速/r/min)

图1.3排气尾管辐射噪声统计曲线[12]

目前，阶次噪声和气流噪声的控制尚无系统完备的解决方案。国外大型汽车厂商的排气系统设计多是基于经验法和大量匹配试验，会耗费大量的人力、物力和财力。现在国外研究人员积极发展排气消声器数值仿真技术，用于预测排气噪声并对消声结构进行正向设计，以降低研发成本和周期。而国内厂商由于起步晚，以前对噪声控制的重视不够，缺乏相应的经验积累与试验手段，自主设计能力严重不足，尚处于仿制阶段。解决阶次噪声和气流噪声的控制主要面临以下几个问题：

(1)缺乏对阶次噪声提取方法的理论分析。

随着技术的发展，目前排气噪声的限值不再单一使用总声压级水平作为衡量标准，而是对各阶次噪声成分也设定了标准值。如图1.4所示，

第1章

M馆005>>>>引言

为某企业对排气尾管噪声设定的限值标准。

110105dB(C)

100

95 dB(C)

排气尾管噪声二阶

90

85 dB(C)

出

排气尾管噪声四、六、八阶

80

70+

1000

2000

3000

4000

5000

转速/(r/min

图1.4排气尾管辐射噪声各阶次限制标准

从图1.4中可知，目前业界已经对排气噪声中的各阶次成分分别设置了严格的限制标准，要检验设计的消声器阶次噪声是否合乎要求，首先需要对排气尾管辐射噪声中的各阶次成分进行准确提取。由于国内噪声控制技术起步较晚，对噪声分析控制技术重视不够，国内在噪声信号采集分析等技术方面都落后于西方发达国家。目前，国内汽车厂商以及研究单位大多直接购买国外的采集设备和噪声分析处理软件来对阶次噪声进行计算分析，但由于对阶次噪声信号提取背后的原理并不清楚，造成排气阶次噪声提取结果的差异。另外，不同噪声后处理分析软件对于阶次噪声的处理方法也不同，也造成不同软件处理结果偏差较大。这些问题使得不同机构测试出来的阶次噪声结果无法进行比对，不利于国内排气系统设计技术的发展。

(2)发动机声源特性识别误差较大。

排气系统的性能与发动机的特性密切相关，排气系统与发动机不仅存在着流动耦合，也存在着声耦合关系。排气系统的正向匹配设计中需要考虑发动机源特性参数的影响，因而国内外学者都投入了大量精力研究发动机声源特性识别技术。发动机声源特性的间接识别模型由于稳定性较差，识别结果会产生较大的误差；而为了减小误差而发展的多负载法识别技术，则会增加测试工作量以及识别难度。发动机声源特性的识

汽车排气的阶次噪声和

气流噪声分析与控制〈<<<006%

别误差来自多个方面，目前对其还缺乏系统研究，也难以提出相应的控制方法。另外，发动机声源特性识别试验较为复杂，试验环境恶劣，发展准确选取负载测管参数的方法，对于减小识别工作量也尤为重要。

(3)缺乏高效阶次消声结构及其设计方法。

阶次噪声属于低频噪声，频率会随着发动机转速的变化而变化。一般排气消声器都采用抗性结构，如膨胀结构、共振器结构、内插管等，来对阶次噪声进行控制。膨胀结构具有较宽的消声频带，但是消声量有限，要提高消声量需要增加体积以提高扩张比。然而由于汽车底盘空间有限，增加消声器体积较难实现，同时增加体积也会增加质量和成本。共振器结构与内插管具有较高的消声量，但其消声频带太窄，难以有效地对频率随发动机转速变化的阶次噪声进行控制。目前，还缺乏针对阶次噪声控制的高效消声结构，相应的匹配设计方法也亟须深入研究。

(4)缺乏对气流噪声产生过程及抑制方法的研究。

气流噪声的产生机理极其复杂，国内外学者对于气流噪声的研究大多采用试验方法，对不同结构施加不同流速的气流，分析气动噪声的大小。然后根据试验结果统计出经验分析模型，并对抑制气流噪声的结构设计给予一定程度的指导。但这种方法难以直观展示气流噪声的产生过程，仅能根据经验去尝试新的结构形式，具有相当大的盲目性。对于气流噪声的抑制，需要弄清腔体内部气流噪声的产生机理，然后有针对性地发展相应方法对气流噪声进行抑制。

(5)各种声学性能计算方法的综合应用。

为了推动消声器的设计技术，国内外学者发展了多种消声器声学性能计算方法，主要包括集总参数方法、传递矩阵方法、多维解析方法、有限元法、边界元法和时域数值方法等。各种数值方法都有其优缺点和不同的适用范围，单一选用一种方法，难以有效解决实际工作中排气消声器面临的问题，合理地综合应用这些方法是排气系统正向设计开发的关键。

综上所述，通过对排气噪声来源的分析，发动机气缸运动产生的阶次噪声以及消声器内部的气流噪声是排气系统设计面临的主要问题。要解决排气阶次噪声，需要解决阶次噪声信号定量提取、发动机声源特性准确获取以及阶次消声结构开发3个子问题。对于排气气流噪声，需要

···试读结束···