基于噪聲改善的燃油箱防浪板研究

魏小寶 何柳

摘 ?要：燃油系統(tǒng)包括了燃油箱及相關(guān)燃油輸送管路，是汽車至關(guān)重要的構(gòu)成部分，關(guān)系到每個(gè)乘客的生命安全。汽車在制動(dòng)和加速過程中，燃油晃動(dòng)對(duì)油箱壁撞擊所產(chǎn)生的壓力影響到整個(gè)燃油系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)會(huì)引起低頻的噪聲，該噪聲會(huì)引起乘客的抱怨，因此，燃油晃動(dòng)一直是燃油系統(tǒng)開發(fā)過程中需要研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，其中防浪板設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)降低晃動(dòng)噪音至關(guān)重要。本文以某一車型塑料油箱開發(fā)的晃動(dòng)噪聲解決過程為例，以主觀對(duì)比評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)輔助以仿真分析，尋求優(yōu)化燃油晃動(dòng)噪聲的解決路徑，為以后的燃油箱及相應(yīng)防浪板設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng);晃動(dòng)異響;防浪板

中圖分類號(hào)：U463 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2022）02-0056-05

Fuel Tank Surge Study Based On Noise Improvement

WEI Xiao-bao， HE Liu

（ SAIC-GM-Wuling Auto mobile.Co.Ltd， Liuzhou ?545007， China ）

Abstract： Fuel system include fuel tank and fuel pipe， it is one of the very important system of vehicle， it have relation with every passenger safety. In the process of vehicle brake and start， the pressure which fuel strike fuel tank can impact the stability if fuel system， and pressure vary can cause noise， this noise is also one of very important target for evaluating vehicle comfort. So， fuel tank slosh noise is always the important and difficulty problem in the development process， the design of breakwater for solving slosh noise is also very important.

This article will provide an example to explain the process for solving slosh noise， based on subjective assessment and simulation， to find a better problem solving path for slosh noise， and provide a reference for later design.

Key Words： Fuel system; Slosh noise; Tuning; Breakwater

1 ? ?前言

燃油系統(tǒng)是汽車最重要的系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)燃油的存儲(chǔ)與輸送，其安全特性和品質(zhì)對(duì)客戶至關(guān)重要。本文將重點(diǎn)探討當(dāng)燃油在油箱中發(fā)生晃動(dòng)的情況下，如何進(jìn)行噪音控制，改善其主觀感知。一般燃油的晃動(dòng)發(fā)生在汽車加速，剎車和停車的時(shí)候，另外在顛簸路面行駛，拐彎時(shí)，其內(nèi)部燃油也會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，從而產(chǎn)生令客戶感覺不太舒服的噪聲。以往用戶對(duì)汽車品質(zhì)的要求和關(guān)注點(diǎn)上對(duì)異響類問題不是很重視，隨著用戶的消費(fèi)升級(jí)，傳統(tǒng)的噪聲源如發(fā)動(dòng)機(jī)，燃油泵等噪聲強(qiáng)度不斷降低，燃油晃動(dòng)異響噪聲則愈發(fā)明顯，用戶對(duì)燃油晃動(dòng)噪音抱怨增加，需要盡快改善。

一般燃油箱會(huì)分為塑料油箱和金屬油箱，從燃油箱外殼的材料來看金屬油箱因燃油晃動(dòng)產(chǎn)生的異響更清脆，更易被人被客戶識(shí)別和感知，影響燃油晃動(dòng)異響的的主要因素主要有三項(xiàng)，燃油箱的結(jié)構(gòu)，燃油箱內(nèi)部設(shè)置的防浪板等減弱燃油晃動(dòng)的零部件，車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，本文將主要從燃油箱內(nèi)部設(shè)置的防浪板結(jié)構(gòu)對(duì)燃油箱消除減緩晃動(dòng)噪聲方面進(jìn)行研究，從主觀評(píng)價(jià)分值評(píng)估改進(jìn)的效果。

燃油箱外觀示意圖如下圖示：

防浪板在燃油箱中放置的位置，以及防浪板本身的高度，形狀及因結(jié)構(gòu)改變?cè)黾拥募訌?qiáng)筋結(jié)構(gòu)以及開孔的大小和位置等都會(huì)影響到解決燃油箱晃動(dòng)異響的效果。

2 ? ?燃油晃動(dòng)異響的產(chǎn)生機(jī)理

車輛在行駛過程中，尤其是在加速減速過程中，燃油箱內(nèi)部的燃油由于慣性作用將會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，從而拍打油箱壁面，使其發(fā)生振動(dòng)，向外輻射噪音，對(duì)于金屬油箱，由于其油箱材料及壁面較薄，燃油晃動(dòng)的同時(shí)，油箱內(nèi)部的水花聲也會(huì)向外輻射噪音。

燃油箱因燃油晃動(dòng)產(chǎn)生的噪音異響與多種因素相關(guān)，包括燃油箱的尺寸，形狀，容積，材料，結(jié)構(gòu)還與油箱的布置及與車架的連接方式相關(guān)聯(lián)，將多種關(guān)聯(lián)因素總結(jié)如下圖：

3 ? ?燃油晃動(dòng)異響客觀數(shù)據(jù)分析

以下我們?cè)噲D通過定量的方式來研究防浪板對(duì)燃油晃動(dòng)沖擊噪聲改善的效果。兩個(gè)燃油箱中均設(shè)置了防浪板，不同點(diǎn)在于樣本2的燃油箱防浪板采用更大彎折率的擋板以持續(xù)改善燃油的晃動(dòng)沖擊。

本次仿真采用滿油位工況進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置好加速曲線和聲壓采集點(diǎn)如下圖所示意：

為了最大程度降低燃油晃動(dòng)產(chǎn)生的異響，防浪板的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循一定的設(shè)計(jì)原則：

1.防浪板應(yīng)盡量設(shè)置在燃油箱的中部;

2.防浪板設(shè)置的高度應(yīng)該盡可能的高，越高越有利于減少燃油箱的晃動(dòng)噪聲;

3.防浪板因?yàn)椴粩嗟氖苋加突蝿?dòng)沖擊，因此有必要設(shè)計(jì)相應(yīng)的加強(qiáng)筋以提高結(jié)構(gòu)剛度;

4.防浪板應(yīng)該設(shè)置一定數(shù)量的小孔允許晃動(dòng)燃油通過，且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置小孔要優(yōu)于大孔;

從表1實(shí)測(cè)值可以看出，在噪聲的兩個(gè)峰值點(diǎn)，經(jīng)過改進(jìn)后的燃油箱防浪板對(duì)燃油晃動(dòng)異響的抑制要比防浪板改進(jìn)前效果要好，采用大彎折率的防浪板對(duì)油液碰撞的抑制和緩沖相較平直的防浪板要好。

4 ? ?燃油晃動(dòng)異響的主觀評(píng)測(cè)

噪聲的主觀評(píng)測(cè)要求在干燥，平整的路面上進(jìn)行，且風(fēng)速不大于3級(jí)，評(píng)價(jià)場(chǎng)地環(huán)境噪音小于50dB，在測(cè)試時(shí)，除主駕外，副駕，后排均有評(píng)價(jià)人員，以便車內(nèi)不同乘坐區(qū)域人員對(duì)油箱內(nèi)燃油晃動(dòng)異響表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)按以下步驟進(jìn)行：

①將油箱內(nèi)燃油量加至額定容積的1/4;

②關(guān)閉車門，車窗玻璃、音響、空調(diào)，乘客保持安靜。啟動(dòng)車輛后，正常起步。

③車輛緩慢加速至20Km/h，收起油門踏板，使車輛直線行駛。

④車速提升至25Km/h，收起油門踏板，使車輛直線滑行，并采用輕點(diǎn)剎使車輛產(chǎn)生停頓感，點(diǎn)剎頻率約為1次/S。

⑤車速提升至15Km/h，收起油門踏板，維持車輛平穩(wěn)運(yùn)行3s后，按正常操作對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)，直至車輛停止。

⑥掛倒擋，不踩油門踏板，啟動(dòng)后行駛3s，按正常操作對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)直至車輛停止。

⑦各評(píng)價(jià)人員分別按要求對(duì)整車在啟動(dòng)、滑行、點(diǎn)剎、制動(dòng)、倒車狀態(tài)下油箱內(nèi)燃油晃動(dòng)異響進(jìn)行評(píng)分。

⑧分別將油箱內(nèi)燃油量加至額定容積的1/2、3/4、100%，重復(fù)測(cè)試以上步驟。

⑨對(duì)所有測(cè)評(píng)人員的各項(xiàng)評(píng)分取平均值。

燃油箱晃動(dòng)異響主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)按照下表2進(jìn)行：

測(cè)試完成后完成燃油箱晃動(dòng)異響測(cè)試評(píng)價(jià)表3：

如果評(píng)分低于4分，則必須改進(jìn)，5-6分建議改進(jìn)，7分以上則為通過。

5 ? ?某車型燃油晃動(dòng)異響解決實(shí)例

某車型在試乘試駕過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛燃油量在3/4以上油位至滿油位的范圍內(nèi)時(shí)，駕駛員的耳邊能清晰的聽到車輛燃油晃動(dòng)沖擊異響，以下我們分析解決該異響的優(yōu)化方案。

從圖中可以看出燃油箱為細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度方向較長(zhǎng)，在制動(dòng)過程中，連續(xù)無隔斷的燃油沖擊動(dòng)能較大，具體分析如下表4：

燃油在不同液位的情況下對(duì)燃油箱壁面的沖擊區(qū)域如圖6所示，對(duì)于燃油晃動(dòng)異響一般會(huì)增加防浪板，但因塑料油箱本身具有一定的隔音效果，在油箱縱向長(zhǎng)度短，型面較為平整時(shí)，可不加防浪板，但也會(huì)根據(jù)情況做較深的加強(qiáng)筋用于緩沖油液晃動(dòng)沖擊。

針對(duì)可能造成燃油晃動(dòng)異響的區(qū)域結(jié)構(gòu)，按照減弱燃油拍擊面拍擊力的方向制定增加防浪板的結(jié)構(gòu)及燃油箱加筋結(jié)構(gòu)，制作快速樣件進(jìn)行整車驗(yàn)證，在制動(dòng)及顛簸時(shí)分別測(cè)試燃油箱的1/2及以下液面的晃動(dòng)噪音，同時(shí)在1/2到滿油位每增加5L油進(jìn)行一次測(cè)試，直至油箱滿油。駕駛員耳邊聽到的燃油晃動(dòng)噪音基本消除，通過道路主觀評(píng)價(jià)，綜合評(píng)分8分，改進(jìn)有效。方案實(shí)施前后，噪聲控制有了非常明顯的改善，后續(xù)將會(huì)以此方案進(jìn)行燃油箱晃動(dòng)噪音的優(yōu)化，具體優(yōu)化措施見下表5：

2、降低3/4及以上燃油液面對(duì)油箱上表面沖擊動(dòng)能;

防浪板的應(yīng)用能夠有效的改善燃油晃動(dòng)異響的發(fā)生，但是由于長(zhǎng)期受到燃油的沖擊拍打，防浪板本生的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也非常重要，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該考慮其強(qiáng)度并嚴(yán)格考核耐久性能，防止因防浪板的失效形成二次異響源。

6 ? ?總結(jié)

本文從燃油箱晃動(dòng)異響的形成機(jī)理出發(fā)，剖析了形成原因及解決問題的方向。其中燃油撞擊壁面是產(chǎn)生噪聲的最主要原因，因此在燃油箱的開發(fā)設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)改善行車加減速過程中燃油與油箱壁的碰撞來減弱噪聲的產(chǎn)生。

減緩燃油與油箱壁面的撞擊最主要的手段就是在油箱內(nèi)部設(shè)置防浪板，防浪板的形狀，位置，開孔大小及數(shù)量等都會(huì)對(duì)最終的噪聲產(chǎn)生影響，因此在開發(fā)過程中要基于主觀感受確定合適的防浪板結(jié)構(gòu)以提升整車晃動(dòng)異響的聲音品質(zhì)。我們?cè)谌加拖涞脑O(shè)計(jì)開發(fā)過程中要綜合眾多的因素考慮最終選擇的方案，本文對(duì)該類問題的解決和防浪板的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)參考，有較強(qiáng)的借鑒意義。

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魏小寶

畢業(yè)于上海交通大學(xué)車輛工程專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，主要研究方向?yàn)閯?dòng)力集成方向，發(fā)表過《基于進(jìn)氣系統(tǒng)消聲研究的噪聲改進(jìn)》等多篇相關(guān)文章。

專家推薦語

劉 ? 浩

東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

NVH首席總師 ?研究員高級(jí)工程師

文章介紹了燃油箱在使用過程的晃動(dòng)異響問題及解決過程，做了設(shè)計(jì)對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果及主觀評(píng)價(jià)對(duì)比，改善了液體晃動(dòng)噪音，可為燃油箱的設(shè)計(jì)開發(fā)提供借鑒作用。