某車(chē)型怠速振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與優(yōu)化

宋萬(wàn)龍，陸靜（廣西科技大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006；廣西汽車(chē)零部件與整車(chē)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

某車(chē)型怠速振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與優(yōu)化

宋萬(wàn)龍，陸靜
（廣西科技大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006；
廣西汽車(chē)零部件與整車(chē)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

摘 要：某車(chē)型在怠速工況時(shí)，原狀態(tài)樣車(chē)方向盤(pán)振動(dòng)嚴(yán)重，車(chē)內(nèi)噪聲較大，呈不可接受狀態(tài)。運(yùn)用LMS.test.lab設(shè)備對(duì)試驗(yàn)樣車(chē)進(jìn)行測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)車(chē)內(nèi)振動(dòng)與噪聲主要由發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)引起，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、燃油管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使樣車(chē)怠速工況振動(dòng)與噪聲得到改善。

關(guān)鍵詞：怠速；振動(dòng)噪聲；發(fā)動(dòng)機(jī)懸置；燃油系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.033

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-89-04

引言

汽車(chē)NVH性能的好壞直接影響著其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，因此汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)逐漸成為各大汽車(chē)廠家研發(fā)的重點(diǎn)。車(chē)內(nèi)噪聲與振動(dòng)的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]有：1.駕駛員耳朵和乘客耳朵處的噪聲,包括噪聲量級(jí)和聲品質(zhì)；2.汽車(chē)地板或者椅子基架處的振動(dòng)；3.方向盤(pán)的振動(dòng)；4.座椅上的振動(dòng)和人體的振動(dòng)。汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，怠速工況是發(fā)動(dòng)機(jī)較為常用的工況，怠速時(shí)車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲水平是影響客戶選購(gòu)汽車(chē)的重要因素，因此怠速工況是汽車(chē)噪聲與振動(dòng)評(píng)價(jià)的典型工況。

針對(duì)某款開(kāi)發(fā)車(chē)型在怠速工況時(shí)方向盤(pán)振動(dòng)嚴(yán)重，車(chē)內(nèi)噪聲較大等問(wèn)題，運(yùn)用LMS實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)試驗(yàn)樣車(chē)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中車(chē)內(nèi)噪聲主要參考駕駛員右耳朵處的平均總聲壓級(jí)，車(chē)內(nèi)振動(dòng)主要參考方向盤(pán)12點(diǎn)位置和駕駛員座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)。通過(guò)分析振動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)得到問(wèn)題原因，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施以提高車(chē)型的NVH性能。

1、怠速振動(dòng)問(wèn)題分析及優(yōu)化

1.1 怠速振動(dòng)產(chǎn)生原因

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自身的振動(dòng)是主要的振動(dòng)源，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)架的連接處通常都布置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置，其主要作用分為兩個(gè)方面：一是衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，防止其引起車(chē)身的振動(dòng)，繼而引起車(chē)輛其他部件的振動(dòng)；二是起到支承的作用，承受發(fā)動(dòng)機(jī)的重量[2-3]。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)過(guò)懸置系統(tǒng)、車(chē)架、車(chē)身傳遞至方向盤(pán)、座椅以及車(chē)內(nèi)地板，最后被車(chē)內(nèi)人員感知。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下出現(xiàn)的方向盤(pán)抖動(dòng)問(wèn)題，通常重要影響因素就是發(fā)動(dòng)機(jī)懸置。

1.2 怠速振動(dòng)問(wèn)題分析

為了獲得試驗(yàn)樣車(chē)在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，在開(kāi)闊平直水泥路面上進(jìn)行定置怠速振動(dòng)試驗(yàn)。車(chē)輛狀況：怠速轉(zhuǎn)速狀態(tài)。測(cè)試環(huán)境描述，溫度：3～15°，濕度：10%～30%，風(fēng)速：2級(jí)，路面干燥。將振動(dòng)傳感器布置在駕駛員方向盤(pán)12點(diǎn)位置和駕駛員座椅導(dǎo)軌處，具體布置位置如下圖1、2所示。

本文利用LMS便攜式采集前端及LMS Test. lab軟件對(duì)該車(chē)進(jìn)行振動(dòng)噪聲分析[4]，測(cè)量得到數(shù)據(jù)，測(cè)試系統(tǒng)主要由LMS數(shù)據(jù)采集前端（32通道）、LMS Test. Lab分析軟件、振動(dòng)傳感器以及聲學(xué)傳感器組成。LMS測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)核模型如下圖3所示。

經(jīng)測(cè)試，原狀態(tài)樣車(chē)怠速工況時(shí)，方向盤(pán)振動(dòng)嚴(yán)重，方向盤(pán)12點(diǎn)方向振動(dòng)RMS總值達(dá)到0.443g，主觀感覺(jué)振動(dòng)明顯，呈不可接受狀態(tài)，嚴(yán)重影響車(chē)輛舒適性。通過(guò)排查，主要原因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)未經(jīng)匹配，不能很好的減弱發(fā)動(dòng)機(jī)傳到車(chē)內(nèi)的振動(dòng)。車(chē)輛定置發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，試驗(yàn)樣車(chē)采用原懸置（1#）時(shí)，方向盤(pán)12 點(diǎn)、駕駛員座椅導(dǎo)軌兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值詳見(jiàn)表1、圖4。

表1　樣車(chē)采用原懸置（1#）怠速振動(dòng)RMS值

1.3 怠速振動(dòng)優(yōu)化

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置靜剛度的選擇對(duì)隔振性能影響很大。從承受發(fā)動(dòng)機(jī)重量的要求而言，懸置必須具有一定的靜剛度，否則會(huì)因?yàn)樵诔兄剡^(guò)程中發(fā)生較大的變形而引起懸置失效，影響懸置使用耐久性和可靠性；懸置的靜剛度也不宜選擇太大，太大的懸置靜剛度會(huì)影響其本身的隔振性能。

通過(guò)對(duì)該試驗(yàn)樣車(chē)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)懸置沒(méi)有明顯的定位標(biāo)志，造成懸置裝配效果較差，且發(fā)動(dòng)機(jī)懸置各向靜剛度數(shù)值偏高，不能較好地衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，造成方向盤(pán)怠速時(shí)抖動(dòng)嚴(yán)重。為了解決以上問(wèn)題，樣車(chē)在生產(chǎn)過(guò)程中須嚴(yán)格控制生產(chǎn)質(zhì)量；把懸置的靜剛度在部分方向適當(dāng)下調(diào)，選擇優(yōu)化懸置（2#），它的各方向靜剛度參數(shù)與原懸置的比較如下表2所示。

表2　原狀態(tài)懸置（1#）、優(yōu)化懸置（2#）各向靜剛度參數(shù)

將優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝到試驗(yàn)樣車(chē)，驗(yàn)證優(yōu)化懸置對(duì)怠速方向盤(pán)振動(dòng)的改善效果。試驗(yàn)樣車(chē)采用優(yōu)化懸置（2#）時(shí)，車(chē)輛定置發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)方向盤(pán)12 點(diǎn)、座椅導(dǎo)軌兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值詳見(jiàn)表3和圖5。通過(guò)與表1和圖4中相應(yīng)數(shù)據(jù)的比較可以看出，優(yōu)化后的振動(dòng)大幅減小，特別是方向盤(pán)的振動(dòng)，怠速時(shí)方向盤(pán)的振動(dòng)加速度RMS總值由優(yōu)化前的0.443g降低為0.113g，主觀評(píng)價(jià)效果良好，優(yōu)化后方向盤(pán)振動(dòng)得到很好的改善。

表3　樣車(chē)采用優(yōu)化后懸置（2#）怠速振動(dòng)RMS值

2、怠速噪聲問(wèn)題分析及優(yōu)化

2.1 怠速噪聲產(chǎn)生原因

汽車(chē)在怠速工況時(shí)，其主要噪聲來(lái)源有以下幾種：發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、進(jìn)排氣系統(tǒng)的激勵(lì)、燃油系統(tǒng)以及汽車(chē)各個(gè)電子電器附件工作時(shí)的噪聲等[5-7]。根據(jù)怠速時(shí)噪聲產(chǎn)生及傳播機(jī)理，噪聲控制可大致分為三種[8]：1、減弱噪聲源強(qiáng)度；2、隔絕噪聲傳播途徑；3、吸聲處理，其中，減弱噪聲源、隔絕噪聲傳播途徑是較為常用的方法。

2.2 怠速噪聲問(wèn)題分析

在進(jìn)行車(chē)輛定置怠速噪聲試驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn)用車(chē)、測(cè)試環(huán)境和怠速振動(dòng)測(cè)試時(shí)相同，信號(hào)采集與數(shù)據(jù)分析設(shè)置：噪聲信號(hào)采樣頻率不小于20000Hz，A計(jì)權(quán)，車(chē)外背景噪聲為：42dB(A)。選取駕駛員右耳（DRE）的位置為測(cè)量點(diǎn)，聲學(xué)傳感器具體的安裝位置如下圖6所示。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)樣車(chē)用LMS設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)原狀態(tài)樣車(chē)在怠速工況時(shí)，很明顯存在140Hz噪聲，單頻聲壓級(jí)達(dá)到42.6dB（A），遠(yuǎn)大于怠速工況發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火2階激勵(lì)，并且車(chē)內(nèi)有明顯的“嗡嗡”聲。原狀態(tài)樣車(chē)駕駛員右耳（DRE）怠速噪聲自功率譜圖如圖7所示。?

為了確定車(chē)輛在怠速工況時(shí)140Hz 噪聲來(lái)源，通過(guò)設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)來(lái)確定噪聲源。在試驗(yàn)車(chē)外發(fā)現(xiàn)油箱底殼振動(dòng)較為明顯，初步確認(rèn)可能是兩者頻率吻合。為了進(jìn)一步確認(rèn)噪聲源的位置，將被測(cè)試車(chē)輛接入外界獨(dú)立燃油供給系統(tǒng)，其它條件控制不變，隔離掉自身燃油系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響，在車(chē)內(nèi)駕駛員右耳測(cè)點(diǎn)布置聲學(xué)傳聲器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)采用外界獨(dú)立燃油供給系統(tǒng)時(shí)，車(chē)內(nèi)噪聲降低較為明顯，140Hz 噪聲單頻聲壓級(jí)從42.6dB（A）下降到19.0dB(A),0～1000Hz 總聲壓級(jí)從46.5dB（A）下降到42.8dB（A）。說(shuō)明怠速工況時(shí)，車(chē)內(nèi)的140Hz 噪聲的噪聲源為燃油供給系統(tǒng)。原狀態(tài)和外接整車(chē)燃油供給系統(tǒng)噪聲譜圖如圖8所示。

2.3 怠速噪聲優(yōu)化

汽車(chē)燃油系統(tǒng)主要由油箱、濾清器、油泵、油氣分離器、輸油管路以及其他附件等組成。在汽車(chē)NVH性能調(diào)校過(guò)程中，一般以最小的改動(dòng)達(dá)到最大的優(yōu)化效果為原則。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，選取輸油導(dǎo)管作為改善車(chē)內(nèi)噪聲的措施。

原試驗(yàn)樣車(chē)燃油管路（3#）如下圖9所示，管徑較小，并且管道存在多處彎曲，導(dǎo)致燃油在輸送過(guò)程中流速、壓力發(fā)生較大變化，極易引起噪聲。本文增大輸油管路的管道直徑，減少管道彎曲，優(yōu)化燃油管路（4#）如下圖9所示。

將優(yōu)化后的燃油管路（4#）安裝到試驗(yàn)樣車(chē)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證優(yōu)化燃油管路對(duì)燃油系統(tǒng)噪聲的改善效果。分別安裝原試驗(yàn)樣車(chē)燃油管路（3#）和優(yōu)化燃油管路（4#）進(jìn)行怠速噪聲測(cè)試，怠速噪聲對(duì)比如圖10所示。

從上圖可以看出，采用優(yōu)化樣件（4#）時(shí)140Hz 噪聲單頻從原狀態(tài)的41.3dB（A）下降到29.7dB（A），下降了11.6dB （A），特定頻率改善明顯，主觀評(píng)價(jià)車(chē)內(nèi)噪聲下降，屬于可接受狀態(tài)。

3、結(jié)論

汽車(chē)在怠速工況下的振動(dòng)與噪聲是汽車(chē)NVH性能的重要部分，也是影響汽車(chē)用戶主觀感受的重要部分。因此，要研發(fā)高品質(zhì)的汽車(chē)就必須使得汽車(chē)在怠速時(shí)具有良好的NVH性能。本文針對(duì)某試驗(yàn)車(chē)型在怠速工況下，方向盤(pán)振動(dòng)強(qiáng)烈，車(chē)內(nèi)噪聲偏大等問(wèn)題，基于實(shí)驗(yàn)測(cè)試優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置以及燃油系統(tǒng)輸油管路，有效的降低了車(chē)內(nèi)振動(dòng)與噪聲。通過(guò)分析可知：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)振動(dòng)影響較大，在后期試驗(yàn)階段，車(chē)型無(wú)法通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)降低車(chē)內(nèi)振動(dòng)的情況下，合理選擇懸置參數(shù)是改善車(chē)內(nèi)振動(dòng)的有效方法；

（2）燃油系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)某一特定頻率的噪聲貢獻(xiàn)較大，通過(guò)改善輸油管路的結(jié)構(gòu)，增加管路直徑，減少管路彎曲可以有效降低燃油系統(tǒng)的工作噪聲。與傳統(tǒng)方法相比，對(duì)燃油系統(tǒng)的輸油管路進(jìn)行更改，效率高、成本低，并且操作簡(jiǎn)單方便，可以有效的解決實(shí)際工程問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 龐劍,堪剛,何華.汽車(chē)噪聲與振動(dòng)—理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.

[2] 馬大猷.現(xiàn)代聲學(xué)理論基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[3] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000

[4] 田濤,向宇,陳宏強(qiáng)等.基于LMS.Test.Lab某車(chē)型排氣噪聲問(wèn)題實(shí)驗(yàn)分析[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào),2012,23(03):26-31.

[5] 葉志剛,王軍民.乘用車(chē)車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲測(cè)量分析[J].汽車(chē)科技,2000, (05):27-29.

[6] 徐兀.汽車(chē)振動(dòng)和噪聲控制[M].北京:人民交通出版社,1987.

[7] 周湧麟,李樹(shù)珉.汽車(chē)噪聲原理、檢測(cè)與控制[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1992.

[8] 黨相文,梁超.降振隔噪材料在汽車(chē)中的應(yīng)用[J].汽車(chē)與配件,2009, (35):35-37.

The test analysis and optimization of vehicle idling vibration and noise

Song Wanlong, Lu Jing*
( College of Automobile and Transportation Engineering, Guangxi Liuzhou 545006;
Guangxi Key Laboratory of Automobile Components and Vehicle Technology Guangxi University of Science and Technology, Guangxi Liuzhou 545006)

Abstract:In the idle state of a vehicle, the vibration of steering wheel was serious, and interior noise was big, which was unacceptable. According to the test analysis on the vehicle used by LMS.test.lab, we found that the vehicle vibration and noise was mainly caused by the engine mounting system and fuel supply system. Based on the optimization of the engine mounting and the structure of fuel line, the vehicle idling vibration and noise has been improved greatly.

Keywords:idle; vibration noise; engine mounting; fuel supply system

基金項(xiàng)目：廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2012GXNSFAA053207）。

作者簡(jiǎn)介：陸靜，教授，就職于廣西科技大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院,研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲控制。

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2015)10-89-04