宋萬龍，陸靜（廣西科技大學(xué)汽車與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006；廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點實驗室廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

某車型怠速振動噪聲測試分析與優(yōu)化

宋萬龍，陸靜
（廣西科技大學(xué)汽車與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006；
廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點實驗室廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

摘 要：某車型在怠速工況時，原狀態(tài)樣車方向盤振動嚴重，車內(nèi)噪聲較大，呈不可接受狀態(tài)。運用LMS.test.lab設(shè)備對試驗樣車進行測試分析，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)振動與噪聲主要由發(fā)動機懸置系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)引起，通過對發(fā)動機懸置、燃油管路結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使樣車怠速工況振動與噪聲得到改善。

關(guān)鍵詞：怠速；振動噪聲；發(fā)動機懸置；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NVH性能的好壞直接影響著其在市場中的競爭力，因此汽車NVH性能開發(fā)逐漸成為各大汽車廠家研發(fā)的重點。車內(nèi)噪聲與振動的客觀評價指標[1]有：1.駕駛員耳朵和乘客耳朵處的噪聲,包括噪聲量級和聲品質(zhì)；2.汽車地板或者椅子基架處的振動；3.方向盤的振動；4.座椅上的振動和人體的振動。汽車在運行過程中，怠速工況是發(fā)動機較為常用的工況，怠速時車內(nèi)振動噪聲水平是影響客戶選購汽車的重要因素，因此怠速工況是汽車噪聲與振動評價的典型工況。

針對某款開發(fā)車型在怠速工況時方向盤振動嚴重，車內(nèi)噪聲較大等問題，運用LMS實驗設(shè)備對試驗樣車進行測試，對車內(nèi)振動噪聲進行數(shù)據(jù)采集，其中車內(nèi)噪聲主要參考駕駛員右耳朵處的平均總聲壓級，車內(nèi)振動主要參考方向盤12點位置和駕駛員座椅導(dǎo)軌處振動。通過分析振動噪聲數(shù)據(jù)得到問題原因，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施以提高車型的NVH性能。

1、怠速振動問題分析及優(yōu)化

1.1 怠速振動產(chǎn)生原因

發(fā)動機怠速工況時，發(fā)動機自身的振動是主要的振動源，在發(fā)動機和車架的連接處通常都布置發(fā)動機懸置，其主要作用分為兩個方面：一是衰減發(fā)動機的振動，防止其引起車身的振動，繼而引起車輛其他部件的振動；二是起到支承的作用，承受發(fā)動機的重量[2-3]。發(fā)動機產(chǎn)生的振動經(jīng)過懸置系統(tǒng)、車架、車身傳遞至方向盤、座椅以及車內(nèi)地板，最后被車內(nèi)人員感知。對于發(fā)動機怠速工況下出現(xiàn)的方向盤抖動問題，通常重要影響因素就是發(fā)動機懸置。

1.2 怠速振動問題分析

為了獲得試驗樣車在實際運行狀態(tài)時的振動數(shù)據(jù)，在開闊平直水泥路面上進行定置怠速振動試驗。車輛狀況：怠速轉(zhuǎn)速狀態(tài)。測試環(huán)境描述，溫度：3～15°，濕度：10%～30%，風(fēng)速：2級，路面干燥。將振動傳感器布置在駕駛員方向盤12點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軟件對該車進行振動噪聲分析[4]，測量得到數(shù)據(jù)，測試系統(tǒng)主要由LMS數(shù)據(jù)采集前端（32通道）、LMS Test. Lab分析軟件、振動傳感器以及聲學(xué)傳感器組成。LMS測試系統(tǒng)內(nèi)核模型如下圖3所示。

經(jīng)測試，原狀態(tài)樣車怠速工況時，方向盤振動嚴重，方向盤12點方向振動RMS總值達到0.443g，主觀感覺振動明顯，呈不可接受狀態(tài)，嚴重影響車輛舒適性。通過排查，主要原因為發(fā)動機懸置系統(tǒng)未經(jīng)匹配，不能很好的減弱發(fā)動機傳到車內(nèi)的振動。車輛定置發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，試驗樣車采用原懸置（1#）時，方向盤12 點、駕駛員座椅導(dǎo)軌兩個測點的振動值詳見表1、圖4。

表1　樣車采用原懸置（1#）怠速振動RMS值

1.3 怠速振動優(yōu)化

發(fā)動機懸置靜剛度的選擇對隔振性能影響很大。從承受發(fā)動機重量的要求而言，懸置必須具有一定的靜剛度，否則會因為在承重過程中發(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影響其本身的隔振性能。

通過對該試驗樣車進行檢查，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機懸置沒有明顯的定位標志，造成懸置裝配效果較差，且發(fā)動機懸置各向靜剛度數(shù)值偏高，不能較好地衰減發(fā)動機的振動，造成方向盤怠速時抖動嚴重。為了解決以上問題，樣車在生產(chǎn)過程中須嚴格控制生產(chǎn)質(zhì)量；把懸置的靜剛度在部分方向適當下調(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)動機懸置安裝到試驗樣車，驗證優(yōu)化懸置對怠速方向盤振動的改善效果。試驗樣車采用優(yōu)化懸置（2#）時，車輛定置發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時方向盤12 點、座椅導(dǎo)軌兩個測點的振動值詳見表3和圖5。通過與表1和圖4中相應(yīng)數(shù)據(jù)的比較可以看出，優(yōu)化后的振動大幅減小，特別是方向盤的振動，怠速時方向盤的振動加速度RMS總值由優(yōu)化前的0.443g降低為0.113g，主觀評價效果良好，優(yōu)化后方向盤振動得到很好的改善。

表3　樣車采用優(yōu)化后懸置（2#）怠速振動RMS值

2、怠速噪聲問題分析及優(yōu)化

2.1 怠速噪聲產(chǎn)生原因

汽車在怠速工況時，其主要噪聲來源有以下幾種：發(fā)動機激勵、進排氣系統(tǒng)的激勵、燃油系統(tǒng)以及汽車各個電子電器附件工作時的噪聲等[5-7]。根據(jù)怠速時噪聲產(chǎn)生及傳播機理，噪聲控制可大致分為三種[8]：1、減弱噪聲源強度；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 怠速噪聲問題分析

在進行車輛定置怠速噪聲試驗時，數(shù)據(jù)采集的實驗用車、測試環(huán)境和怠速振動測試時相同，信號采集與數(shù)據(jù)分析設(shè)置：噪聲信號采樣頻率不小于20000Hz，A計權(quán)，車外背景噪聲為：42dB(A)。選取駕駛員右耳（DRE）的位置為測量點，聲學(xué)傳感器具體的安裝位置如下圖6所示。

通過對試驗樣車用LMS設(shè)備進行試驗分析，發(fā)現(xiàn)原狀態(tài)樣車在怠速工況時，很明顯存在140Hz噪聲，單頻聲壓級達到42.6dB（A），遠大于怠速工況發(fā)動機點火2階激勵，并且車內(nèi)有明顯的“嗡嗡”聲。原狀態(tài)樣車駕駛員右耳（DRE）怠速噪聲自功率譜圖如圖7所示。?

為了確定車輛在怠速工況時140Hz 噪聲來源，通過設(shè)計以下實驗來確定噪聲源。在試驗車外發(fā)現(xiàn)油箱底殼振動較為明顯，初步確認可能是兩者頻率吻合。為了進一步確認噪聲源的位置，將被測試車輛接入外界獨立燃油供給系統(tǒng)，其它條件控制不變，隔離掉自身燃油系統(tǒng)對車內(nèi)噪聲的影響，在車內(nèi)駕駛員右耳測點布置聲學(xué)傳聲器進行實驗。通過對采集到的實驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)采用外界獨立燃油供給系統(tǒng)時，車內(nèi)噪聲降低較為明顯，140Hz 噪聲單頻聲壓級從42.6dB（A）下降到19.0dB(A),0～1000Hz 總聲壓級從46.5dB（A）下降到42.8dB（A）。說明怠速工況時，車內(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NVH性能調(diào)校過程中，一般以最小的改動達到最大的優(yōu)化效果為原則。根據(jù)工程經(jīng)驗，選取輸油導(dǎo)管作為改善車內(nèi)噪聲的措施。

原試驗樣車燃油管路（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#）安裝到試驗樣車進行測試，驗證優(yōu)化燃油管路對燃油系統(tǒng)噪聲的改善效果。分別安裝原試驗樣車燃油管路（3#）和優(yōu)化燃油管路（4#）進行怠速噪聲測試，怠速噪聲對比如圖10所示。

從上圖可以看出，采用優(yōu)化樣件（4#）時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，主觀評價車內(nèi)噪聲下降，屬于可接受狀態(tài)。

3、結(jié)論

汽車在怠速工況下的振動與噪聲是汽車NVH性能的重要部分，也是影響汽車用戶主觀感受的重要部分。因此，要研發(fā)高品質(zhì)的汽車就必須使得汽車在怠速時具有良好的NVH性能。本文針對某試驗車型在怠速工況下，方向盤振動強烈，車內(nèi)噪聲偏大等問題，基于實驗測試優(yōu)化了發(fā)動機懸置以及燃油系統(tǒng)輸油管路，有效的降低了車內(nèi)振動與噪聲。通過分析可知：

（1）發(fā)動機懸置系統(tǒng)對車內(nèi)振動影響較大，在后期試驗階段，車型無法通過改變發(fā)動機參數(shù)來降低車內(nèi)振動的情況下，合理選擇懸置參數(shù)是改善車內(nèi)振動的有效方法；

（2）燃油系統(tǒng)對車內(nèi)某一特定頻率的噪聲貢獻較大，通過改善輸油管路的結(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，對燃油系統(tǒng)的輸油管路進行更改，效率高、成本低，并且操作簡單方便，可以有效的解決實際工程問題。

參考文獻

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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

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

作者簡介：陸靜，教授，就職于廣西科技大學(xué)汽車與交通學(xué)院,研究方向為結(jié)構(gòu)振動與噪聲控制。

中圖分類號：U463.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-89-04