某車型怠速振動噪聲測試分析與優化

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

某車型怠速振動噪聲測試分析與優化

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

摘 要：某車型在怠速工況時，原狀態樣車方向盤振動嚴重，車內噪聲較大，呈不可接受狀態。運用LMS.test.lab設備對試驗樣車進行測試分析，發現車內振動與噪聲主要由發動機懸置系統、燃油供給系統引起，通過對發動機懸置、燃油管路結構進行優化，使樣車怠速工況振動與噪聲得到改善。

關鍵詞：怠速；振動噪聲；發動機懸置；燃油系統

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性能開發逐漸成為各大汽車廠家研發的重點。車內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；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，怠速工況是發動機較為常用的工況，怠速時車內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。

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

1、怠速振動問題分析及優化

1.1 怠速振動產生原因

發動機怠速工況時，發動機自身的振動是主要的振動源，在發動機和車架的連接處通常都布置發動機懸置，其主要作用分為兩個方面：一是衰減發動機的振動，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，承受發動機的重量[2-3]。發動機產生的振動經過懸置系統、車架、車身傳遞至方向盤、座椅以及車內地板，最后被車內人員感知。對于發動機怠速工況下出現的方向盤抖動問題，通常重要影響因素就是發動機懸置。

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時的振動數據，在開闊平直水泥路面上進行定置怠速振動試驗。車輛狀況：怠速轉速狀態。測試環境描述，溫度：3～15°，濕度：10%～30%，風速：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]，測量得到數據，測試系統主要由LMS數據采集前端（32通道）、LMS Test. Lab分析軟件、振動傳感器以及聲學傳感器組成。LMS測試系統內核模型如下圖3所示。

經測試，原狀態樣車怠速工況時，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，嚴重影響車輛舒適性。通過排查，主要原因為發動機懸置系統未經匹配，不能很好的減弱發動機傳到車內的振動。車輛定置發動機怠速運轉時，試驗樣車采用原懸置（1#）時，方向盤12 點、駕駛員座椅導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 怠速振動優化

發動機懸置靜剛度的選擇對隔振性能影響很大。從承受發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，發現該發動機懸置沒有明顯的定位標志，造成懸置裝配效果較差，且發動機懸置各向靜剛度數值偏高，不能較好地衰減發動機的振動，造成方向盤怠速時抖動嚴重。為了解決以上問題，樣車在生產過程中須嚴格控制生產質量；把懸置的靜剛度在部分方向適當下調，選擇優化懸置（2#），它的各方向靜剛度參數與原懸置的比較如下表2所示。

表2　原狀態懸置（1#）、優化懸置（2#）各向靜剛度參數

將優化后的發動機懸置安裝到試驗樣車，驗證優化懸置對怠速方向盤振動的改善效果。試驗樣車采用優化懸置（2#）時，車輛定置發動機怠速運轉時方向盤12 點、座椅導軌兩個測點的振動值詳見表3和圖5。通過與表1和圖4中相應數據的比較可以看出，優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總值由優化前的0.443g降低為0.113g，主觀評價效果良好，優化后方向盤振動得到很好的改善。

表3　樣車采用優化后懸置（2#）怠速振動RMS值

2、怠速噪聲問題分析及優化

2.1 怠速噪聲產生原因

汽車在怠速工況時，其主要噪聲來源有以下幾種：發動機激勵、進排氣系統的激勵、燃油系統以及汽車各個電子電器附件工作時的噪聲等[5-7]。根據怠速時噪聲產生及傳播機理，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，數據采集的實驗用車、測試環境和怠速振動測試時相同，信號采集與數據分析設置：噪聲信號采樣頻率不小于20000Hz，A計權，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設備進行試驗分析，發現原狀態樣車在怠速工況時，很明顯存在140Hz噪聲，單頻聲壓級達到42.6dB（A），遠大于怠速工況發動機點火2階激勵，并且車內有明顯的“嗡嗡”聲。原狀態樣車駕駛員右耳（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，通過設計以下實驗來確定噪聲源。在試驗車外發現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，其它條件控制不變，隔離掉自身燃油系統對車內噪聲的影響，在車內駕駛員右耳測點布置聲學傳聲器進行實驗。通過對采集到的實驗數據分析，發現采用外界獨立燃油供給系統時，車內噪聲降低較為明顯，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，車內的140Hz 噪聲的噪聲源為燃油供給系統。原狀態和外接整車燃油供給系統噪聲譜圖如圖8所示。

2.3 怠速噪聲優化

汽車燃油系統主要由油箱、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性能調校過程中，一般以最小的改動達到最大的優化效果為原則。根據工程經驗，選取輸油導管作為改善車內噪聲的措施。

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，導致燃油在輸送過程中流速、壓力發生較大變化，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，優化燃油管路（4#）如下圖9所示。

將優化后的燃油管路（4#）安裝到試驗樣車進行測試，驗證優化燃油管路對燃油系統噪聲的改善效果。分別安裝原試驗樣車燃油管路（3#）和優化燃油管路（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，采用優化樣件（4#）時140Hz 噪聲單頻從原狀態的41.3dB（A）下降到29.7dB（A），下降了11.6dB （A），特定頻率改善明顯，主觀評價車內噪聲下降，屬于可接受狀態。

3、結論

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，要研發高品質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，車內噪聲偏大等問題，基于實驗測試優化了發動機懸置以及燃油系統輸油管路，有效的降低了車內振動與噪聲。通過分析可知：

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

（2）燃油系統對車內某一特定頻率的噪聲貢獻較大，通過改善輸油管路的結構，增加管路直徑，減少管路彎曲可以有效降低燃油系統的工作噪聲。與傳統方法相比，對燃油系統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

[1] 龐劍,堪剛,何華.汽車噪聲與振動—理論與應用[M].北京:北京理工大學出版社,2006.

[2] 馬大猷.現代聲學理論基礎[M].北京:科學出版社,2002.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2000

[4] 田濤,向宇,陳宏強等.基于LMS.Test.Lab某車型排氣噪聲問題實驗分析[J].廣西工學院學報,2012,23(03):26-31.

[5] 葉志剛,王軍民.乘用車車內結構噪聲測量分析[J].汽車科技,2000, (05):27-29.

[6] 徐兀.汽車振動和噪聲控制[M].北京:人民交通出版社,1987.

[7] 周湧麟,李樹珉.汽車噪聲原理、檢測與控制[M].北京:中國環境科學出版社,1992.

[8] 黨相文,梁超.降振隔噪材料在汽車中的應用[J].汽車與配件,2009, (35):35-37.

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：廣西自然科學基金項目（2012GXNSFAA053207）。

作者簡介：陸靜，教授，就職于廣西科技大學汽車與交通學院,研究方向為結構振動與噪聲控制。

中圖分類號：U463.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-89-04