車內(nèi)怠速噪聲分析及動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)試驗(yàn)*

胡曉明，楊為云

(山東省勝利油田孤東采油廠特車大隊(duì)，山東 東營(yíng) 257237)

1 前言

筆者通過(guò)對(duì)某型國(guó)產(chǎn)汽車的整車怠速振動(dòng)噪聲試驗(yàn)和子系統(tǒng)試驗(yàn)確定影響車內(nèi)噪聲振動(dòng)的主要因素，了解發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)和車內(nèi)噪聲的頻譜特性，分析動(dòng)力懸置系統(tǒng)在在各種頻率和轉(zhuǎn)速下的減振和振動(dòng)傳遞特性，進(jìn)而從減少振動(dòng)傳遞的角度確定改進(jìn)優(yōu)化的方向。

2 整車振動(dòng)噪聲試驗(yàn)

測(cè)點(diǎn)布置:轉(zhuǎn)速信號(hào)，駕駛員耳旁噪聲信號(hào)，進(jìn)氣管、前圍板、車廂頂板、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)、方向盤、駕駛員座椅調(diào)整導(dǎo)軌處的振動(dòng)加速度信號(hào)，如圖1所示。

圖1 部分傳感器的安裝位置

試驗(yàn)工況:按照上述試驗(yàn)設(shè)置，進(jìn)行車輛定置發(fā)動(dòng)機(jī)怠速800 r/min熱車工況的試驗(yàn)，試驗(yàn)中同時(shí)記錄各處振動(dòng)加速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車內(nèi)噪聲信號(hào)。

下文中的X、Y、Z方向定義采用通用的發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系方向，X方向?yàn)榍S軸線方向，Z向?yàn)槠纵S線方向，Y軸方向由右手定則確定。

2.1 車輛定置發(fā)動(dòng)機(jī)怠速試驗(yàn)

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)各方向振動(dòng)加速度信號(hào)對(duì)比

對(duì)怠速工況下的振動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，如圖2、3所示。車輛定置發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)參照GB/T14365－93《聲學(xué)－機(jī)動(dòng)車定置噪聲測(cè)量方法》的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程中變速器掛空擋、拉緊手制動(dòng)器、離合器接合。車輛門窗關(guān)閉，車內(nèi)乘坐一名駕駛員和一名試驗(yàn)員。

圖3 駕駛員右耳旁噪聲的頻譜

從圖2中可看出，發(fā)動(dòng)機(jī)各方向的振動(dòng)加速度信號(hào)頻率成分的最大值出現(xiàn)在27 Hz處，即在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作轉(zhuǎn)速(800 r/min)基頻(約13.5 Hz)的2倍頻處，而且非常突出。3各方向的信號(hào)對(duì)比，在Z方向的幅值最大?？梢哉J(rèn)為怠速工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)中Z方向是主要因素。

從圖3(a)中可看出，在可聞?lì)l域中，噪聲的主要能量集中在頻率200 Hz以內(nèi)。對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行400 Hz內(nèi)的FFT分析，如圖3(b)，27 Hz處出現(xiàn)明顯的峰值，通過(guò)與圖2中的峰值對(duì)比，可以初步判定此頻率的振動(dòng)噪聲是引起車內(nèi)噪聲的最主要振源。

3 懸置系統(tǒng)試驗(yàn)

以上的試驗(yàn)說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲激勵(lì)是引起怠速工況下車內(nèi)噪聲的主要因素，本文將從降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)能量向車內(nèi)的傳遞，即優(yōu)化動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振性能的角度，對(duì)降低車內(nèi)噪聲進(jìn)行討論。本課題所研究的試驗(yàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成在車架上橫向放置，懸置系統(tǒng)采用3個(gè)橡膠懸置，如圖4所示。

圖4 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)

3.1 試驗(yàn)方案

3.1.1 試驗(yàn)方案的確定

對(duì)于多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，只測(cè)量某一點(diǎn)的振動(dòng)是不能評(píng)價(jià)其隔振性能的。本文采用3個(gè)懸置的加速度傳遞率評(píng)價(jià)隔振效果［4］。

根據(jù)以上試驗(yàn)獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)的特性和感興趣的主要工況，選擇0～200 Hz作為分析頻率。主要測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)在800 r/min左右熱車工況下的懸置減振特性。

3.1.2 測(cè)點(diǎn)選擇及試驗(yàn)儀器

本文在試驗(yàn)時(shí)對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)左、右、后三個(gè)懸置元件隔振前后各組懸置的X、Y、Z三個(gè)方向的加速度信號(hào)進(jìn)行了同時(shí)采集，分析頻率為200 Hz。圖5所示為加速度傳感器在懸置元件上的對(duì)應(yīng)安裝位置。

5 右懸置處加速度傳感器的布置

試驗(yàn)儀器:B＆K 3560D振動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)，PULSE軟件包4506B 3向加速度傳感器，KMT轉(zhuǎn)速計(jì)。

3.1.3 隔振性能指標(biāo)

測(cè)試中常用的就是頻率響應(yīng)函數(shù)評(píng)價(jià)隔振效果，測(cè)量懸置上方測(cè)點(diǎn)和懸置下方測(cè)點(diǎn)的加速度信號(hào)，然后計(jì)算上測(cè)點(diǎn)信號(hào)對(duì)應(yīng)下測(cè)點(diǎn)信號(hào)的頻率響應(yīng)函數(shù)，即:

式中:X2(ω)右懸置車身側(cè)振動(dòng)加速度信號(hào)的傅立葉變換;X1(ω)右懸置發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)振動(dòng)加速度信號(hào)的傅立葉變換。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 怠速試驗(yàn)懸置系統(tǒng)減振效果分析

發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在800 r/min怠速工況下懸置系統(tǒng)減振性能試驗(yàn)獲取的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖6。

從圖6中的時(shí)域及頻率響應(yīng)函數(shù)可以看出，動(dòng)力總成各懸置處的Z方向加速度信號(hào)(如時(shí)域波形中的淺色線所示)經(jīng)橡膠懸置減振后，幅值得到了較大的衰減(如時(shí)域波形中的深色線所示)。在200 Hz以下的頻帶內(nèi)，大部分區(qū)域內(nèi)，加速度傳遞率能夠達(dá)到40%以下。只有左懸置在20 Hz左右衰減效果較差，只有80%左右。

從圖7中可以看出，各懸置對(duì)Y向振動(dòng)的衰減效果較差。在30 Hz處左懸置的振動(dòng)加速度放大了3.56倍，而在發(fā)動(dòng)機(jī)主要激勵(lì)頻率的27 Hz處，傳遞率為2.23，因此左懸置在這個(gè)頻段沒有起到隔振作用。后懸置在27 Hz處的隔振率只有0.95，由于后懸置直接與車身的前圍板直接通過(guò)螺栓聯(lián)接，因此將27 Hz的Y向振動(dòng)直接變?yōu)榍皣宓姆ㄏ蛘駝?dòng)，對(duì)車內(nèi)的噪聲影響較大。懸置系統(tǒng)對(duì)于X方向的振動(dòng)的衰減情況與Z方向類似。

圖6 怠速時(shí)各懸置Z方向振動(dòng)加速度時(shí)域波形及響應(yīng)傳遞函數(shù)

圖7 怠速時(shí)各懸置Y方向振動(dòng)加速度頻率響應(yīng)函數(shù)

4 結(jié)論

本文完成了試驗(yàn)汽車整車振動(dòng)噪聲試驗(yàn)和懸置系統(tǒng)減振性能試驗(yàn)，主要得出以下結(jié)論:

(1)試驗(yàn)車型的發(fā)動(dòng)機(jī)的二階振動(dòng)是振動(dòng)激勵(lì)的主要頻率成分，且Z方向的振動(dòng)是主要激勵(lì)方向;

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的二階振動(dòng)噪聲是車輛定置工況下引起車內(nèi)噪聲的主要因素;

(3)懸置系統(tǒng)對(duì)于Z方向的振動(dòng)能夠起到較好的衰減作用，但部分懸置在Y方向的減振效果較差，需要采取措施予以改善。

［1］龐 劍，甚 剛，何 華.汽車噪聲與振動(dòng)－理論與應(yīng)用［M］.北京理工大學(xué)出版社，2006.

［2］佟德純.工程信號(hào)處理及應(yīng)用［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，1989.

［3］史文庫(kù).發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支承在彈性基礎(chǔ)上的隔振特性分析［J］.汽車技術(shù)，1998，7(7):32 －34.

［4］陳繼紅.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的一些設(shè)計(jì)問題［J］.噪聲與振動(dòng)控制，1992，1(8):87 －95.