[发明专利]1/4波长管联合赫姆霍兹消声器的汽车降噪系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车降噪系统，属于环境控制和改善技术领域。

背景技术

汽车工业以其快速的发展和良好的信誉越来越受到人们的青睐。随着科学技术的发展和人文理念的提升，人们对于汽车的乘坐舒适性，尤其是对振动噪声控制的要求越来越严格。国外相关资料显示，70%的城市噪声污染源于交通噪声中的汽车噪声。汽车噪声对于人们的生活、工作、学习和健康产生重大负面影响，每时每刻在污染着城市的环境。噪声的控制和治理涉及到千家万户，不仅影响到乘员乘坐的舒适性，更关键的是触及环境保护问题，也影响到国际国内声誉。汽车发动机周而复始的运转特性使其总成、零部件承受循环的应力作用，与此同时，缸内气体的更换过程使发动机的进、排气气流产生强烈的波动效应，发动机只要运转就会产生振动与噪声。然而一切噪声又起源于振动，振动能够引起某些部件的早期疲劳损坏，从而降低汽车的使用寿命；过高的噪声不但会损害驾驶员的听力，还会使驾驶员迅速疲劳，从而对汽车的行驶安全性构成极大的威胁。噪声控制，也关系到汽车的耐久性和安全性。因此，参照国际噪声法规，结合我国当前的现状，在我国现有的噪声法律、法规允许的条件下，控制汽车噪声在标定的范围内；同时，也要顾及当前的车辆特点，即在车辆还没有超越报废期限的情况下，存在一些噪声超标的车辆，这些车辆很难达到国标标准，只能通过一些技术或其他手段实现噪声有所降低，通过分步实施，最终使车辆噪声控制在理想的范围内。

1/4波长管联合扩张消声器汽车降噪系统研究的意义在于降低汽车进气噪声，进而降低整车噪声，净化交通环境，减轻汽车噪声对人体的危害。乘用车发动机进气噪声占总噪声能量的比例接近22%。

1、消声器的特性及类型

消声器是一种在允许气流通过的同时，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。

消声器主要用于机械设备的进、排气管道或通风管道的噪声控制。一个性能良好的消声器，可使气流噪声降低15～35dB（A）。但是，消声器只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，不能降低空气动力设备的机壳、管壁等辐射的噪声。  

消声器类型很多，按其降噪原理主要有如下三种类型：阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器。

抗性消声器主要包括扩张消声器、旁支消声器，如赫姆霍赫消声器、1/4波长管。抗性消声器的原理是声波经过消声器时声阻抗发生变化，一部分声能被反射回声源，使传递声能减少，该类消声器对单频、特别是低频噪声特别有效，产生的传递损失很大。

2、消声器的计算方法

科学技术的进步使消声器的计算越来越先进。20世纪60年代以前，汽车噪声和振动的改进是基于试验和简单的计算。比如在进排气系统中使用的赫姆霍赫消声器就是用简单的计算来设计，60年代以后计算机逐步应用到汽车领域，首先用于结构分析，有限元被用于计算汽车部件的模态和响应。到了70年代，有限元网格可以划分得更细，计算精度相当高。到了80年代，随着工作站的应用，大型计算成为现实，于是出现了整车噪声的计算，其中以模态技术为主。

2.1仿真计算法；主要是应用一维仿真软件对车辆进行分析，70年代开始应用，如GT-POWER软件等。很多学者使用GT-POWER 软件对发动机的性能和进、排气消声器声学特性进行研究，求解不同形式的消声器内各点声学特性随发动机转速变化的规律，将发动机和消声器一并研究，找到发动机的动力性、经济性和进、排气噪声之间契合点；不过，这样的研究还停留在一维阶段，对于复杂结构的进气消声器，用一维的方法，已难以满足精度的要求，所以，这就需要进行发动机的一维和进气消声器三维耦合研究。

2.2传统的计算方法；分为解析法和配点法。这两种方法都包括复杂的代数运算，且不可避免的要截去级数中的无穷项。更重要的是这些方法只适用于简单形状的消声器，对于复杂形状的消声器则无能为力。

20世纪50 年代中期，美国Davis 等人发表了关于抗性消声器研究的经典论文，主要采用一维波动方程，利用在截面突变处声压和体积振速的连续性条件，计算了单级和多级膨胀腔和侧支谐振器。60 年代初期，Igarashi 等人利用等效电路方法计算了消声器的传递矩阵。根据电路中的四端网络原理，每个消声器单元的声传递特性用四极参数矩阵来表示，消声器的传递特性用每个消声器单元的四极参数矩阵的乘积来确定。虽然这种方法表现了较大的误差，但方法本身而言，却为消声器的系统声学性能分析开辟了一条新路，提出了以四极参数为基础的传递矩阵法。继Igarashi 以后，Munjal 和Sreenash 利用传递矩阵法给出了消声器衰减量的表达式。