基于階次分析的燃油泵噪聲源識(shí)別及改善研究

（廣汽乘用車有限公司 511400 ）

0 引言

汽車燃油系統(tǒng)是汽車重要零部件，其中燃油泵是該系統(tǒng)的核心部件，也是汽車主要噪聲源之一。燃油泵是一個(gè)精度要求較高的零件，其噪聲產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，如機(jī)械噪聲、電磁噪聲、流體噪聲等。燃油泵是一種較穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，可以利用基于FFT的普通頻譜分析方法提取其特征頻率階次，診斷常見(jiàn)的故障。采用階次分析對(duì)包含齒輪和軸承局部故障的變轉(zhuǎn)速齒輪箱復(fù)合故障進(jìn)行了分析[1]，有效提取出故障特征。同時(shí)還研究了硬件階次分析方法和計(jì)算階次分析方法[2-4]。

普通的頻譜階次分析方法，受旋轉(zhuǎn)件穩(wěn)定性等因素影響，其階次幅值大小會(huì)產(chǎn)生變化，從而無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別噪聲源。不利于燃油泵噪聲的改善，從而影響整車聲品質(zhì)。本文通過(guò)對(duì)燃油泵噪聲進(jìn)行階次分析，并對(duì)其階次進(jìn)行求和，有效識(shí)別到故障特征，并改善油泵噪聲，提升整車品質(zhì)。

1 理論

1.1 階次分析

階次分析是一種診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的有效方法，主要用于分析與轉(zhuǎn)速相關(guān)的故障信號(hào)。階次分析本質(zhì)上是基于轉(zhuǎn)速的頻率分析，頻率f與轉(zhuǎn)速R的關(guān)系如公式1所示。

式中R為旋轉(zhuǎn)零件工作時(shí)的額定轉(zhuǎn)速，f為旋轉(zhuǎn)零件工作的基頻。在階次分析中，通常將基頻的倍數(shù)的頻率F作為旋轉(zhuǎn)零件的階次O（公式2）

1.2 聲壓級(jí)理論

聲壓級(jí)為待測(cè)聲壓有效值Pi與參考聲壓P0的比值取常用對(duì)數(shù)，再乘以20（公式3）：

式中，Lpi表示第I個(gè)聲壓級(jí)。在聲壓級(jí)計(jì)算定義中，多個(gè)不同的聲壓級(jí)不能直接相加，必須以能量形式進(jìn)行疊加（公式4）。

式中，Lp為總聲壓級(jí)，Lpn為第n個(gè)聲壓級(jí)，n=1,2,3，……。

1.3 燃油泵的階次分析

對(duì)某燃油泵進(jìn)行階次分析，其工作轉(zhuǎn)速約7 000 r/min，根據(jù)公式（1）計(jì)算，其基頻約117 Hz，可得其階次頻譜如圖1所示，

圖1 燃油泵階次頻譜

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 噪聲源識(shí)別

某SUV在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，后排存在明顯“嗡嗡”異響，通過(guò)對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在117 Hz、234 Hz 噪聲幅值明顯大于無(wú)異響車型，初步懷疑與燃油泵相關(guān)。

為進(jìn)一步識(shí)別異響噪聲源，對(duì)有異響和無(wú)異響車輛的燃油泵進(jìn)行“A-B-A”對(duì)調(diào)驗(yàn)證分析，并測(cè)量車內(nèi)噪聲。將有異響車輛定義為A車，其燃油泵定義為a或a’；將無(wú)異響車輛定義為B車，其燃油泵定義為b或b’。A-a、B-b表示原狀態(tài)，A-b、B-a表示第一次對(duì)調(diào)燃油泵，A-a’、B-b’表示第二次對(duì)調(diào)回原狀態(tài)燃油泵，并對(duì)每次對(duì)調(diào)后車輛進(jìn)行噪聲測(cè)試，并提取前5階噪聲進(jìn)行對(duì)比分析（圖2-3）。

從圖2中分析可知，進(jìn)行A-B-A 對(duì)調(diào)后，A-a’狀態(tài)燃油泵3階的噪聲比A-a’原狀態(tài)小12.2 dB，且比A-b 狀態(tài)噪聲小5.2 dB，成為 “大-小-更小” 狀態(tài)，與1、2、4、5階的“大-小-大”規(guī)律不吻合。從圖3中可知，1、2、4階噪聲變化規(guī)律比較混亂，與3、5階“小-大-小”規(guī)律不同。對(duì)圖2、圖3數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，無(wú)法明確有異響的車的燃油泵噪聲大，對(duì)噪聲源識(shí)別產(chǎn)生干擾。為更好地識(shí)別噪聲源，對(duì)燃油泵前5階噪聲按公式（4）進(jìn)行求和，通過(guò)階次求和統(tǒng)計(jì)方法對(duì)燃油泵噪聲進(jìn)行分析（圖4）。

從圖4中可知，對(duì)A、B車燃油泵前5階噪聲進(jìn)行求和，噪聲大的燃油泵分別安裝到A、B車，車內(nèi)有明顯異響。將噪聲小的燃油泵安裝到A、B車，車內(nèi)無(wú)異響，主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)一致。因此，車內(nèi)后排“異響是由燃油泵產(chǎn)生，并傳遞至車內(nèi)。

圖2 A車燃油泵階次噪聲

圖3 B車燃油泵階次噪聲

圖4 燃油泵階次求和噪聲

圖5 燃油泵噪聲階次改善對(duì)比

2.2 對(duì)策改善驗(yàn)證

經(jīng)對(duì)燃油泵進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)燃油泵異響和燃油泵本體相關(guān)，且從燃油泵傳遞到油箱，再傳遞到車身，最后傳遞到車內(nèi)。本次對(duì)策從源頭及路徑兩方面進(jìn)行優(yōu)化，見(jiàn)表1。實(shí)施對(duì)策后，對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行分析，并提取燃油泵前5階數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖5所示，各階次數(shù)據(jù)得到明顯改善，且車內(nèi)異響得到明顯改善。

表1 燃油泵改善對(duì)策

3 總結(jié)

本文通過(guò)提取燃油泵階次噪聲，并引入噪聲求和統(tǒng)計(jì)算法，有效識(shí)別燃油泵噪聲。并通過(guò)對(duì)燃油泵本體噪聲及傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化，有效解決某SUV車型車內(nèi)“嗡嗡”異響，提升整車駕乘品質(zhì)。