某型商務車尿素泵異響問題的分析

黃超勇，陳文清，鐘秤平，黃斌

1.江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330200；2.江西省汽車噪聲與振動重點試驗室，江西南昌 330200

0 引言

汽車工業(yè)的快速發(fā)展加劇了行業(yè)競爭，具備優(yōu)異的NVH性能更容易贏得顧客的青睞。異響是NVH性能重要的組成部分，由于異響問題的不穩(wěn)定性以及多樣性使得解決該問題較為困難。

近年來，越來越多的專家學者涉足異響問題的研究，也取得了一些顯著的成果。盧劍偉等從非線性動力學的角度對某變速器齒輪異響故障進行分析，對變速器齒輪異響問題的改進提供建議；宋睿等設計了一種檢測減震器異響的試驗臺架；潘坡對汽車內水切密封條振動異響進行了系統(tǒng)分析，歸納影響水切異響的相關因素。本文基于隔振理論，對某型商務車出現(xiàn)的尿素泵異響問題進行分析，確定了消除異響的有效方案。

1 故障背景及現(xiàn)象

某商務車在排放升級過程中，增加尿素泵對尾氣進行控制，加裝后出現(xiàn)異響。故障出現(xiàn)在原地熄火后，車內外可以聽見清晰的“嗒嗒”聲，主觀不能接受，要求進行NVH整改。

經排查，該異響系尿素泵本體工作產生。由于尿素泵內部結構較為復雜，更改后有影響其排放性能的風險，且該聲音是其正常工作無法避免的，所以從控制異響源的角度進行改善難度較大。

從切斷傳遞路徑的角度考慮，尿素泵本體通過3個螺栓呈三角形分布固定在支架上，支架又通過3個螺栓安裝在車身上，尿素泵在車身上的安裝狀態(tài)如圖1所示。熄火后異響在駕駛員左耳處的噪聲值為45 dB(A)，如圖2所示。

圖1 尿素泵在車身上的安裝狀態(tài)

圖2 駕駛員左耳處異響噪聲值

此外尿素泵的管路和線束同樣用螺栓安裝在車上地板上，其他尿素泵附件和車身的連接點也需要考慮，這些都是異響傳遞的潛在路徑，需要逐一排查。

2 傳遞路徑基礎排查

一般噪聲傳遞路徑分為空氣傳遞和結構傳遞，分別對這兩種傳遞方式進行排查。

2.1 空氣傳遞路徑

對尿素泵采用聲學包全包裹，如圖3所示。包裹材料可選用隔音、吸音較好的材料(如鉛皮、吸音棉、阻尼等)進行多層包裹，包裹前后噪聲值無明顯下降，如圖4所示。

圖3 尿素泵聲包裹示意

圖4 聲包裹前后噪聲對比

由圖4可知，空氣傳遞不是該異響問題的主要傳遞路徑。

2.2 結構傳遞路徑

考慮尿素泵及其附件的安裝方式，有以下3種潛在傳遞路徑：①尿素泵支架與車身連接點；②尿素泵管路及線束與車身固定點；③尿素泵加注口與車身連接點。

2.2.1 尿素泵支架與車身連接點

尿素泵支架與車身通過3個螺栓剛性連接，其安裝點分布如圖5所示。斷開支架前后噪聲值從45 dB(A)降到32 dB(A)，如圖6所示，這一傳遞路徑有13 dB(A)貢獻量，斷開后主觀評估可以接受。

圖5 尿素泵支架與車身安裝點分布

圖6 斷開支架前后車內噪聲對比

2.2.2 尿素泵管路及線束與車身固定點

尿素泵管路和線束通過螺栓緊固在車身底板，尿素泵工作時，引起管路和線束振動，通過其與車身連接點傳遞到車內。將固定螺栓全部松開，如圖7所示，噪聲值無明顯變化，如圖8所示。

圖7 斷開管路和線束與車身連接

圖8 斷開管路和線束與車身連接前后噪聲對比

2.2.3 尿素泵加注口與車身連接點

尿素泵加注口與車身之間有橡膠元件，起到隔振作用，故該路徑不作為主要傳遞方式進行測試。

2.3 排查分析結果

基于以上排查結果，確認該尿素泵異響問題主要通過結構傳遞，且尿素泵支架與車身連接點為主要傳遞路徑。本文重點研究由尿素泵—支架—車身組成的二自由度振動系統(tǒng)的隔振問題，分析系統(tǒng)相關參數(shù)對其隔振性能的影響。

3 隔振理論及改善措施

3.1 隔振理論

將尿素泵—支架—車身簡化成一個二自由度的振動系統(tǒng)，其模型如圖9所示。

圖9 尿素泵—支架—車身振動模型

由牛頓第二定律，此二自由度振動系統(tǒng)微分方程為：

(1)

(2)

式中:、分別為支架和車身質量；、分別為尿素泵和支架之間的剛度和阻尼；、分別為支架和車身之間的剛度和阻尼；、、分別為尿素泵、支架、車身垂直位移。

轉換成頻域內得：

[(+)+j(+)-]-(+j)-(+j)=0

(3)

(+j-)-(+j)=0

(4)

結合式(3)、(4)得到車身和尿素泵位移幅值比為：

(5)

僅考慮剛度對傳遞位移的影響，即：

(6)

當支架質量、車身質量一定時，根據(jù)式(6)，可得到、的匹配關系，使系統(tǒng)具備良好的隔振作用。

根據(jù)隔振理論，要使傳遞過程有良好的隔振作用，則要求式(6)必須小于1且越小越好，由于?，等效為：

>+

(7)

3.2 改善措施

基于式(7)，由于支架質量調整范圍較窄，且修改周期長，故改善措施從減小尿素泵與支架連接點剛度及支架與車身連接點剛度的方面進行考慮。

車輛初始狀態(tài)，尿素泵與支架之間、支架與車身之間均采用螺栓剛性連接，剛度可視為無限大，尿素泵的振動幾乎不經過衰減直接傳遞到車身。

因此，對這兩處連接點加裝橡膠，進行隔振處理。加裝橡膠后的實車如圖10所示，加裝橡膠樣件如圖11所示。

圖10 加裝橡膠后的實車

圖11 加裝橡膠樣件

加裝橡膠前后的車身地板振動加速度和車內噪聲對比如圖12和圖13所示。

圖12 加裝橡膠前后的車身地板振動加速度對比

圖13 加裝橡膠前后的車內噪聲對比

由圖12和圖13可知，增加兩級隔振之后，振動加速度從0.05降低到001，噪聲值從45 dB(A)降到33 dB(A)，與斷開支架測得的噪聲值32 dB(A)非常接近，主觀可接受，異響問題得到解決。

4 結論

(1)異響問題的解決從兩方面著手：一是異響源；二是傳遞路徑。在異響源改動受限的情況下，切斷傳遞路徑不失為一種較為直接的方法。

(2)確認異響是結構傳遞還是空氣傳遞，對于空氣傳遞，一般采用聲學包將異響源全包裹進行排查；結構傳遞則需要逐一斷開連接點進行排查。

(3)基于隔振理論，對尿素泵與支架，支架與車身連接處增加隔振橡膠，形成二級隔振，可以達到理想的隔振效果，成功解決異響問題。