某乘用車加速異響問題的排查及改進(jìn)

邢維者，陳寒霜，田子龍，徐仰匯，任 超

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

隨著市場(chǎng)發(fā)展，顧客對(duì)汽車的品質(zhì)越來越關(guān)注，業(yè)內(nèi)對(duì)舒適性的要求也越來越高。汽車在行駛時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、輪胎等零部件的工作，會(huì)帶來NVH等方面的問題，這些問題如果不加以解決，則會(huì)引發(fā)客戶的抱怨。因此，各大主機(jī)廠都投入了大量資源來提升汽車的NVH水平。某乘用車搭載2.0T+6AT的動(dòng)總，在研發(fā)期間，主觀評(píng)價(jià)整車NVH性能。動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)過程中（D擋模式），車內(nèi)存在加速異響，主觀描述為“咕嚕咕?！钡穆曇?。對(duì)該工況進(jìn)行測(cè)試，車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果如圖1所示。對(duì)原始數(shù)據(jù)的音頻進(jìn)行回放，“咕?！甭曉诘?秒時(shí)出現(xiàn)，并持續(xù)至22秒。結(jié)合頻譜圖，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，通過帶阻濾波器，將350～450 Hz頻段的聲音濾除，回放該音頻，“咕嚕”聲異響消除，因此可以明確，加速異響頻段為350～450 Hz。

圖1 車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果

本文以某乘用車加速異響為案例，采用試驗(yàn)的手段對(duì)問題點(diǎn)進(jìn)行排查及分析。通過對(duì)不同工況的測(cè)試，明確了問題點(diǎn)的發(fā)生工況，結(jié)合動(dòng)力總成本體振動(dòng)測(cè)試及拆除零部件的驗(yàn)證，確定了加速異響與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相關(guān)。根據(jù)扭振減振理論，對(duì)扭轉(zhuǎn)減振器進(jìn)行改進(jìn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，以消除車內(nèi)加速異響。

1 問題工況及排查

1.1 工況分析

為便于排查，分別對(duì)空擋加減速工況、三擋全油門工況、2 000 rpm定轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)及測(cè)試。車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果如圖2所示，各工況下400 Hz存在共振帶，主觀評(píng)價(jià)這三個(gè)工況均存在“咕?！甭暋?/p>

圖2 不同工況下車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果

根據(jù)空擋點(diǎn)踩油門工況，可以排除路面激勵(lì)及風(fēng)激勵(lì)。因此初步判定，“咕嚕”聲來源于動(dòng)力總成本體。

1.2 動(dòng)總振動(dòng)測(cè)試

為確定異響頻段的相關(guān)零件，在動(dòng)力總成上布置加速度傳感器進(jìn)行測(cè)試，布點(diǎn)位置如圖3所示。

圖3 動(dòng)力總成振動(dòng)測(cè)點(diǎn)示意圖

測(cè)試工況與主觀評(píng)價(jià)工況一致，以D擋模式進(jìn)行加速，由于測(cè)試中使用的傳感器為三向加速度振動(dòng)傳感器，因此每個(gè)測(cè)點(diǎn)有X/Y/Z三個(gè)方向的結(jié)果。根據(jù)之前車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)的濾波分析，問題點(diǎn)頻段為350～450 Hz，因此測(cè)試目的為尋找350～450 Hz最大振動(dòng)量級(jí)的區(qū)域。對(duì)所有測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的該頻段振動(dòng)量級(jí)最大的方向數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示，各個(gè)測(cè)點(diǎn)在400 Hz附近均有一定的振動(dòng)能量，從頻譜圖上可得，增壓器、正時(shí)罩及右懸置支架能量較高。

圖4 動(dòng)力總成本體振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

為了更進(jìn)一步地分析各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)與問題點(diǎn)的相關(guān)性，對(duì)上述頻譜圖進(jìn)行頻率切片分析，統(tǒng)計(jì)帶寬為（400±50） Hz，結(jié)果如圖5所示。從頻率切片的分析結(jié)果可以得出，增壓器、右懸置支架及正時(shí)罩在該頻段的振動(dòng)較大，其中振動(dòng)量級(jí)最大的位置為正時(shí)罩測(cè)點(diǎn)。而這幾個(gè)測(cè)點(diǎn)均靠近動(dòng)力總成前端，因此推測(cè)異響源與動(dòng)力總成前端相關(guān)，下一步將對(duì)動(dòng)力總成前端進(jìn)行排查。

圖5 頻率切片分析結(jié)果

1.3 附件輪系排查及驗(yàn)證

動(dòng)力總成前端主要為附件輪系系統(tǒng)，附件輪系系統(tǒng)如圖6所示，主要包括曲軸扭轉(zhuǎn)減振器、空調(diào)壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵和皮帶張緊輪。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸通過曲軸皮帶輪及皮帶，將扭矩傳遞到空調(diào)壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)及水泵[2]。

圖6 附件輪系系統(tǒng)

為了排除空調(diào)壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、張緊輪及水泵，可以通過拆除附件皮帶的方式進(jìn)行驗(yàn)證。但由于拆除了附件皮帶，水泵停止了工作，只能進(jìn)行短時(shí)間的空擋升降速的工況進(jìn)行驗(yàn)證。主觀評(píng)價(jià)該驗(yàn)證方案，車內(nèi)“咕?！甭暬緹o變化，因此異響與發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、水泵和張緊輪均無關(guān)。

接下來，還需對(duì)曲軸皮帶輪進(jìn)行拆除驗(yàn)證。由于曲軸皮帶輪通過正時(shí)罩與曲軸直接相連，如果直接拆除，機(jī)油會(huì)從正時(shí)罩與曲軸皮帶輪的安裝面流出。因此，為了防止上述現(xiàn)象，保留曲軸皮帶輪的密封部件。曲軸皮帶輪拆除前后對(duì)比如圖7所示。

圖7 拆除曲軸皮帶輪前后對(duì)比

采用原地空擋加減速工況對(duì)該狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)“咕?！甭暶黠@變大，客觀數(shù)據(jù)如圖8所示，由圖可見，車內(nèi)400 Hz附近的噪聲幅值較原狀態(tài)有一定升高，見圖2（a）。

圖8 拆除皮帶輪車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果

曲軸皮帶輪在發(fā)動(dòng)機(jī)上的作用除了帶動(dòng)附件輪系運(yùn)轉(zhuǎn)之外，還有降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的功能[3]。當(dāng)拆除曲軸皮帶輪，曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)得不到衰減，而此時(shí)的車內(nèi)“咕?！甭暶黠@增大，頻率基本沒變化，因此，車內(nèi)“咕嚕”聲與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相關(guān)。

2 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試及改進(jìn)

2.1 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試

整車狀態(tài)下測(cè)試曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)所需儀器包括SIMMENS數(shù)據(jù)采集器、光電編碼器。光電編碼器需要制作測(cè)試工裝，編碼器安裝在工裝上，再將工裝安裝到曲軸皮帶輪端面，如圖9所示。

要高度重視豬舍的通風(fēng)工作，同時(shí)豬舍的雜物以及垃圾要定期并及時(shí)清理，特別是豬糞便的及時(shí)清理，避免滋生以及傳播細(xì)菌。

圖9 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試示意圖

D擋工況曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試頻譜如圖10所示。結(jié)果顯示，曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻帶較寬，中心頻率在400 Hz，350～450 Hz均存在曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能量。與問題點(diǎn)的車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果（圖1）具有相同的頻譜特征。因此可以確定，車內(nèi)加速“咕嚕”聲與曲軸扭振相關(guān)。

圖10 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

通過曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，明確曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是引起車內(nèi)加速“咕嚕”聲的根本原因，因此需采取一定措施降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

2.2 曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)優(yōu)化

優(yōu)化曲軸設(shè)計(jì)，可以有效地降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)[4]。但對(duì)于曲軸的設(shè)計(jì)，早在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)期間就已完成。在整車項(xiàng)目開發(fā)過程中，受到成本及周期的限制，如對(duì)曲軸重新進(jìn)行優(yōu)化，顯然滿足不了整車開發(fā)節(jié)點(diǎn)。在整車項(xiàng)目上，通?？梢酝ㄟ^優(yōu)化扭轉(zhuǎn)減振器（Torsional Vibration Damper, TVD），如圖11所示，降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

圖11 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器

根據(jù)扭振減振原理，曲軸皮帶輪匹配不同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及橡膠扭轉(zhuǎn)剛度的扭轉(zhuǎn)減振器，可以有效降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)[5]。在方案選擇過程中，如果重新匹配轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則需要對(duì)扭轉(zhuǎn)減振器重新開具模具，成本較高，且需要一定時(shí)長(zhǎng)的制件周期。通過調(diào)節(jié)橡膠配方改變橡膠的扭轉(zhuǎn)剛度，既曲軸皮帶輪的工作頻率，也可以達(dá)到降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的目的，且制件周期較短，成本較低。權(quán)衡成本及周期，選擇優(yōu)化橡膠的扭轉(zhuǎn)剛度的方式改進(jìn)曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

原狀態(tài)曲軸皮帶輪的工作頻率為360 Hz，在此基礎(chǔ)上制作不同工作頻率的曲軸皮帶輪，如表1所示。

表1 曲軸皮帶輪改進(jìn)方案

圖12 優(yōu)化后車內(nèi)噪聲及扭振測(cè)試結(jié)果

3 總結(jié)

本文針對(duì)某乘用車加速異響問題，采用試驗(yàn)的手段進(jìn)行排查及優(yōu)化。首先對(duì)問題點(diǎn)的現(xiàn)象及發(fā)生工況進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)及客觀測(cè)試，明確了350～450 Hz為異響頻段。其次，通過測(cè)試動(dòng)力總成本體振動(dòng)及拆除零部件的方式驗(yàn)證，明確了加速異響與曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相關(guān)。最終，通過改進(jìn)曲軸扭轉(zhuǎn)減振器的工作頻率，降低曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，消除了車內(nèi)加速異響。