李江洋，王偉霞 Li Jiangyang，Wang Weixia

汽車進(jìn)氣波紋管隔振研究

李江洋，王偉霞
Li Jiangyang，Wang Weixia

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315300）

消費(fèi)者對汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能的要求越來越高，因此對于動(dòng)力總成附件的NVH相關(guān)性能研究十分重要。以某項(xiàng)目進(jìn)氣波紋管隔振改善為例，說明進(jìn)氣波紋管振動(dòng)傳遞路徑，研究V型波紋管波峰、波谷、波高等尺寸及硬度對隔振性能的影響，并對原波紋管結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改善了轉(zhuǎn)向盤處的振動(dòng)加速度，并給出設(shè)計(jì)建議。

NVH；進(jìn)氣波紋管；隔振

0 引 言

隨著汽車行業(yè)的競爭加劇，主機(jī)廠越來越重視用戶對汽車的體驗(yàn)和感知質(zhì)量。汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能作為汽車用戶可直接感知的性能之一，受到越來越多的主機(jī)廠重視，其中對于振動(dòng)的研究尤為重要。

車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的往復(fù)、氣缸的壓縮以及變速器齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)等都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并通過與車身連接的部分傳遞到乘員艙。通常認(rèn)為，懸置系統(tǒng)的隔振性能對發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)起著決定性作用，值得注意的是，連接動(dòng)力總成和車身的管路也會(huì)傳遞振動(dòng)，如空調(diào)管路、中冷器進(jìn)出氣管、散熱器進(jìn)出水管、進(jìn)氣相關(guān)管路等，因此這些管路零部件也需要考慮隔振性能[1]。

以某項(xiàng)目進(jìn)氣系統(tǒng)的波紋管隔振改善為例，說明進(jìn)氣波紋管振動(dòng)傳遞路徑，研究V型波紋管波峰、波谷、波高等尺寸及硬度對隔振性能的影響，并對原波紋管結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改善了轉(zhuǎn)向盤處的振動(dòng)加速度，并提出改進(jìn)方向。

1 進(jìn)氣波紋管布置

某項(xiàng)目車型為A0級SUV，搭載1.5TD渦輪增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示?？諝鈴目諡V進(jìn)氣管口部進(jìn)入，經(jīng)過空氣濾清器過濾后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成進(jìn)入渦輪增壓器，再經(jīng)過中冷器進(jìn)氣管總成、中冷器、中冷器出氣管后進(jìn)入節(jié)氣門。

注：1. 空濾進(jìn)氣管；2. 空氣濾清器；3. 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成；4. 中冷器進(jìn)氣管；5. 中冷器；6. 中冷器出氣管。

其中，空濾進(jìn)氣管使用兩個(gè)卡扣安裝在前端框架上，空濾進(jìn)氣管與空氣濾清器為卡接結(jié)構(gòu)；空氣濾清器通過3個(gè)減振墊安裝在車身和前端框架上，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成、中冷器進(jìn)氣管、中冷器出氣管均安裝在動(dòng)力總成上，中冷器進(jìn)氣管、中冷器出氣管同時(shí)連接中冷器與發(fā)動(dòng)機(jī)，中冷器裝配在前端框架上，前端框架通過螺栓連接安裝在車身上；因此進(jìn)氣系統(tǒng)的零部件均直接或間接連接車身，會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)傳遞到車身。

如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成上的膠管與空氣濾清器連接，使用兩個(gè)蝸輪蝸桿卡箍（圖2中7）固定。膠管材料為EPDM（Ethylene Propylene Diene Monomer，三元乙丙橡膠），中間部分有V型波紋結(jié)構(gòu)（圖2中8），因此稱為進(jìn)氣波紋管。由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)通過進(jìn)氣波紋管傳遞到空氣濾清器，并通過空氣濾清器的3個(gè)安裝點(diǎn)（圖2中9、10）傳遞到車身和前端框架，最終引起駕駛員座椅導(dǎo)軌及轉(zhuǎn)向盤的振動(dòng)；因此，進(jìn)氣波紋管的隔振性能非常重要。

注：7. 蝸輪蝸桿卡箍；8. 波紋管；9. 空濾和前端框架連接點(diǎn)；10. 空濾和車身連接點(diǎn)。

通常使用隔振率來評價(jià)進(jìn)氣波紋管的隔振性能，計(jì)算公式為

式中：主為主動(dòng)側(cè)振動(dòng)加速度，即發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)；被為被動(dòng)側(cè)振動(dòng)加速度，即空濾上表面。

2 原設(shè)計(jì)存在的問題

在進(jìn)行主觀評價(jià)時(shí)，提出了怠速開空調(diào)時(shí)轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)大、手臂發(fā)麻的問題。使用LMS設(shè)備進(jìn)行客觀測試，如圖3所示，怠速時(shí)轉(zhuǎn)向盤12點(diǎn)方向的振動(dòng)加速度為0.24 m/s2，不滿足小于0.2 m/s2的設(shè)計(jì)要求。

從路徑上進(jìn)行排查，除懸置外，發(fā)動(dòng)機(jī)與車身的連接點(diǎn)包含空調(diào)進(jìn)出水管、中冷器進(jìn)出氣管、空氣濾清器、散熱器進(jìn)出水管等零部件。首先進(jìn)行主觀感受排查，發(fā)現(xiàn)空氣濾清器上殼體表面振動(dòng)較大，同時(shí)出現(xiàn)麻手的感覺；其他的管路接頭處振動(dòng)相對不明顯。其次進(jìn)行客觀測試，在空氣濾清器上表面處布置振動(dòng)傳感器，使用LMS設(shè)備測試空氣濾清器與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成連接和斷開兩種情況，測試結(jié)果見表1。

圖3 怠速開空調(diào)時(shí)轉(zhuǎn)向盤12點(diǎn)方向的振動(dòng)加速度

表1 空濾上表面振動(dòng)加速度測試結(jié)果 ms-2

由表1發(fā)現(xiàn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成與空氣濾清器連接處斷開后，客觀測試的振動(dòng)差異大，再測試轉(zhuǎn)向盤12點(diǎn)鐘方向的振動(dòng)加速度為0.14 m/s2，如圖4所示；因此可以判定，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣軟管總成的波紋管段隔振性能較差，將發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)直接傳遞到空氣濾清器，進(jìn)而傳遞到前端框架和車身，增大了轉(zhuǎn)向盤處的振動(dòng)。

圖4 波紋管斷開后轉(zhuǎn)向盤12點(diǎn)方向的振動(dòng)加速度

波紋管材料EPDM的硬度為（70±5）HA，截面如圖5所示，可以看出，原波紋管設(shè)計(jì)波谷厚度為3.5 mm，波峰厚度為5.5 mm，波高為12.2 mm，單個(gè)波距為11.4 mm。由于波峰處厚度較大且波高偏小，硬度也偏高，發(fā)動(dòng)機(jī)端的振動(dòng)可以通過波紋管傳遞到空氣濾清器，將表1中發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)、空濾上表面的振動(dòng)加速度測試值代入式（1），可得原狀態(tài)下隔振率為3.04 dB，原波紋管無法起到有效的減振作用。

圖5 原波紋管截面圖（單位:mm）

3 優(yōu)化方案及效果驗(yàn)證

根據(jù)上文分析的原因，制定整改方向，波紋管的材料不變，將其硬度降低5 HA，并優(yōu)化波紋管V型結(jié)構(gòu)尺寸。如圖6所示，將波谷厚度由3.5 mm減至3 mm，將波峰厚度由5.5 mm減至4 mm，將波紋波高由12.2 mm增加至15 mm，測試優(yōu)化前、后不同硬度波紋管下的振動(dòng)情況，因?yàn)閮?yōu)化后的樣件材料硬度為60～67 HA，所以選取60 HA、65 HA和67 HA 3種情形進(jìn)行比較，結(jié)果見表2，轉(zhuǎn)向盤12點(diǎn)方向的振動(dòng)加速度由原來的0.24 m/s2降低到0.17 m/s2、0.18 m/s2和0.20 m/s2，最大降幅為0.07 m/s2，轉(zhuǎn)向盤麻手感明顯降低；將表2中3種情形下發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)、空濾上表面的振動(dòng)加速度代入式（1），可得波紋管的隔振率分別為10.58 dB、9.44 dB和11.00 dB，隔振率提高了6～8 dB，主觀感受空濾端振動(dòng)明顯降低。

圖6 優(yōu)化后的波紋管截面圖（單位:mm）

表2 波紋管優(yōu)化前、后振動(dòng)及隔振率對比

為覆蓋驗(yàn)證中的硬度范圍，鎖定波紋管材料硬度為（65±5）HA。

需要注意的是，波紋管厚度減薄以后，輻射噪聲會(huì)變大。經(jīng)過測試，波紋管優(yōu)化后，車內(nèi)3階3 600～4 400 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間噪聲問題惡化，增加了2～3 dB，但主觀評價(jià)無明顯變化，可以接受。

4 總 結(jié)

對比發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣波紋管優(yōu)化前、后的方案，在材料不變的情況下，波紋管的波高、波峰、波谷厚度對隔振效果影響較大；在相同材料下，材料硬度降低，隔振效果會(huì)增強(qiáng)；在相同壁厚條件下，波高越大，減振效果越好。

[1]馮桂軍，韋麗. 進(jìn)氣系統(tǒng)零部件振動(dòng)隔離設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011，27（3）：24-30.

U464.134+.4

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.05.007

1002-4581（2020）05-0028-03

2020-05-15