本文簡要探討了管道聲學(xué)的基本理論，分析了四分之一波長管，并探討了優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的措施，目的在于進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)水平。
    在車輛中，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)是其主要的噪聲源之一，其產(chǎn)生的噪聲很復(fù)雜，包含很多成分，其中，管口的噪聲是其重要部分?，F(xiàn)今，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)仿生多匯集在一維聲學(xué)方面，無法將消聲的原件模型參數(shù)化，同時(shí)具備發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真模型。如何在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上降低噪聲，就成為了設(shè)計(jì)人員需要深入探究的事情。以下簡要針對其相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。
    管道聲學(xué)的基本理論
    汽車內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)主要是由消聲元件及管道兩部分構(gòu)成的。部分從業(yè)者在對進(jìn)氣系統(tǒng)的聲學(xué)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，需要基于相應(yīng)頻率的范圍前提下，保證聲波波長高于消聲元件的尺寸及管道的直徑。聲波被視為平面波在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播，所以，一般采用管道聲學(xué)的方法對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行研究。通常，聲學(xué)方程為：，其中，p表示的是管道內(nèi)某一點(diǎn)的聲壓，x表示的是位置變量，c表示的是在管道內(nèi)聲波傳遞的速度，t表示的是時(shí)間變量。
    四分之一的波長管
    對于四分之一的波長管來講，其結(jié)構(gòu)較為簡單，所占據(jù)的面積較小，壓力損耗較低，被廣泛使用在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣體系中，用于控制噪聲。一般來講，四分之一的波長管指的是在主管道上安裝的一個(gè)密閉的管子，為了安裝方便。
    聲學(xué)仿真平臺(tái)
    依據(jù)車廠的需求，對某車輛噪聲進(jìn)行改進(jìn)。因?yàn)檫M(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲對車輛噪聲造成嚴(yán)重影響，并且汽車車身的密閉性同進(jìn)氣系統(tǒng)的管出口位置存在緊密關(guān)聯(lián)。相關(guān)工作人員應(yīng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。然而發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)廠商無法提供仿真發(fā)動(dòng)機(jī)的模型參數(shù)及物理參數(shù)。由現(xiàn)實(shí)出發(fā)，基于缺少發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型的基礎(chǔ)上，使用“無源法”，創(chuàng)建進(jìn)氣系統(tǒng)的仿真平臺(tái)。
    具體流程如下：第一，利用測量的方法獲取進(jìn)氣系統(tǒng)的管道及消聲元件的尺寸圖。通過相關(guān)專業(yè)軟件創(chuàng)建空氣過濾器的三維模型圖。
    借助消聲器軟件自動(dòng)形成聲學(xué)空濾器的模型，然后建立管道的聲學(xué)模型及消聲器的聲學(xué)模型，將其進(jìn)行組合。
    第二，借助臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，獲取同發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)域信號(hào)。依據(jù)管道的聲學(xué)理論可以發(fā)現(xiàn)，假如一支管道一點(diǎn)的壓力，則該點(diǎn)的聲壓即可通過計(jì)算得出，進(jìn)而利用聲壓級的方法對噪聲施行預(yù)測。把進(jìn)氣系統(tǒng)出的壓力時(shí)域信號(hào)當(dāng)做進(jìn)聲口，確定其工作情況。
    第三，為了證實(shí)“無源法”預(yù)測的結(jié)果，在設(shè)計(jì)完成以后，需要對發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、分析，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸直列汽油機(jī)，進(jìn)氣系統(tǒng)的管口噪音以二階與四階為主，其結(jié)果詳見圖4。
    經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：其一，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度小于2800轉(zhuǎn)/分時(shí)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果同計(jì)算的結(jié)果相同，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過2800轉(zhuǎn)/分，則實(shí)驗(yàn)的結(jié)果高于計(jì)算數(shù)值。造成此種情況的原因在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果容納了高速氣流及周期性噪聲兩部分內(nèi)容，但是計(jì)算的結(jié)果僅容納了周期性噪聲一部分內(nèi)容；其二，對二階及四階的成分所占比例進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)果相對較高，區(qū)別是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)同計(jì)算應(yīng)用的帶寬不同導(dǎo)致的，計(jì)算的數(shù)值僅包含單純的二階或者四階內(nèi)容；其三，管口噪聲的二階及四階成分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同計(jì)算結(jié)果的趨勢大致相同。由此可以看出，“無源法”能夠被廣泛應(yīng)用，計(jì)算結(jié)果真實(shí)、可信。
    DOE分析
    利用對車輛的噪聲實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速超過6000轉(zhuǎn)/分時(shí)，車內(nèi)的噪聲并沒有實(shí)現(xiàn)樣車的水準(zhǔn)。從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，在6000轉(zhuǎn)/分附近，氣流的高速流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲占進(jìn)氣系統(tǒng)管口噪聲的絕大分量。因?yàn)檐囕v內(nèi)部加裝阻性材料，所以進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲被衰弱，從而導(dǎo)致摩擦噪聲的成本以高頻噪聲為主，一般頻率同轉(zhuǎn)速的關(guān)系為f=2n/60，其中，f表示二階噪聲相應(yīng)的頻率，n表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
    一般來講，影響四分之一波長管的損失參數(shù)約三個(gè)，即主管道、波長管的直徑及波長管的長度。
    總而言之，伴隨著現(xiàn)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)進(jìn)程的逐步深入，人們的生活質(zhì)量及生活水平獲取了顯著提高，對發(fā)動(dòng)機(jī)的要求標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。所以，相關(guān)工作人員應(yīng)不斷提高自身的專業(yè)技能及綜合素養(yǎng)，細(xì)致對發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，更新設(shè)計(jì)觀念，從而保證進(jìn)氣系統(tǒng)的聲學(xué)特性，同時(shí)確保發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，為人們的出行安全提供保障。因此，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討是值得專業(yè)人士深入思考的事情。