某乘用車液壓助力轉向泵噪音優化

許寬林，邵文彬，朱聯邦（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某乘用車液壓助力轉向泵噪音優化

許寬林，邵文彬，朱聯邦
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某液壓助力轉向車型原地怠速緩慢打方向過程中，轉向泵噪音過大問題，通過臺架及實車分析，確定噪音類型及產生原因，并制定實施了有效的噪音優化方案。同時通過噪音優化過程，為后續液壓助力轉向系統NVH設計總結有效的設計方案。

液壓助力轉向；轉向泵；噪音；高壓油管

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.039

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-122-04

引言

隨著國家標準、行業標準以及駕乘人員對汽車 NVH的要求越來越高，整車NVH性能已逐漸成為客戶評價車輛好壞的重要指標之一，轉向系統作為整車重要的組成部分和安全件，其設計不僅需要考慮結構功能方面，NVH方面的設計與優化也愈發重要。如果轉向系統存在不明原因的噪音或異響，不僅會影響整車駕乘舒適性，還可能會造成駕乘者的擔憂，因此對車輛的安全性產生懷疑。所以，優化轉向系統NVH方面的問題勢在必行。本文主要針對某液壓助力轉向乘用車市場反饋的在發動機怠速工況下，原地緩慢打方向盤，在駕駛室內能聽見明顯的“嗡嗡”響，經過原因分析和排查，最終通過對高壓油管結構進行優化，有效的解決了該噪音問題，并成功的實施到整車上，消除了顧客的抱怨。

1、原地怠速轉向“嗡嗡”響的原因分析及排查

1.1噪音源確定

（1）對問題車輛進行初步排查，確認該問題車不存在轉向泵損壞、滲油等質量問題，主觀評價發現此“嗡嗡”聲不僅在緩慢打方向盤的過程中出現，在不打方向盤的工況下，同樣能夠聽到稍小一點的“嗡嗡”聲，同時發現此“嗡嗡”聲與處于發艙內部轉向泵工作噪音非常類似。結合該車型使用的轉向泵工作原理（常流式十葉片轉向泵），初步鎖定問題車噪音源為轉向泵。

（2）進行整車的噪音測試，在駕駛室內人耳處布置麥克風傳感器，啟動發動機后，緩慢打方向盤，采集并整理噪音數據，如下圖1所示；

根據整車噪音測試結果分析可知，在428Hz頻率范圍內整車噪音出現最大值，在284Hz頻率范圍內整車噪音第二大值，均很大程度上超出了可接受噪音值。

（3）計算轉向泵所發出的噪音基頻頻率，根據該車型使用的十葉片式動力轉向泵工作原理，噪音基頻計算公式具體如下；

其中：

f——脈動噪音基頻，單位Hz；

n——發動機怠速時動力轉向泵轉速，單位r/min。

該問題車型發動機怠速轉速為750r/min，轉向泵與發動機轉速比為1.13，可知轉向泵工作噪音基頻為141.25Hz。

對比轉向泵工作噪音基頻頻率發現，該問題車輛噪音峰值出現的頻率范圍與轉向泵工作噪音基頻成倍數關系，因此可以基本鎖定該車型怠速原地緩慢打方向盤“嗡嗡”響的噪音源為轉向泵。

（4）為最終確認該問題噪音源為轉向泵，將發動機驅動轉向泵皮帶卸下（此時轉向泵不工作，轉向時轉向手力很大），發現此種條件下不打方向盤或緩慢打方向盤時，噪音均消失，最終可以確定該車型出現的怠速緩慢打方向“嗡嗡”響，其噪音源為轉向泵。

1.2噪音原因分析

鎖定噪音源為轉向泵后，可以利用質量管理工具中的故障樹分析法（FTA）對可能導致在駕駛室內聽到的轉向泵工作噪音大的原因進行多層次的詳細分析，具體如下圖2所示：

再根據1.1節排查問題車時的車輛狀態，可初步將具體原因鎖定在是以下兩方面：一可能是轉向泵本身工作噪音過大；二可能是作為液壓助力轉向系統主要消音機構的高壓油管軟管長度不足以及其內部降噪管長度數量沒有匹配好，導致高壓油管對轉向泵工作噪音的消弱效果差。

通過臺架模擬測試轉向泵工作噪音，對比同平臺幾款車型（轉向泵最大工作泵油量與問題車接近，且不存在怠速原地緩慢打方向“嗡嗡”響）與問題車型原地怠速不打及打方向盤工況下，轉向泵工作噪音，具體如下表1所示：

表1　轉向泵工作噪音對比結果Tab.1　the results of noise test for deferent steering pump

根據試驗數據對比分析可知，問題車與其他同平臺無類似問題車型轉向泵工作噪音基本相當，可基本排除噪音產生的原因是轉向泵工作噪音過大。繼而可以確定此次需要整改的問題車噪音產生的原因是由于高壓油管消弱轉向泵工作噪音的效果差導致的。

2、制定優化措施

2.1高壓油管消弱轉向泵工作噪音的原理介紹

高壓油管分為高壓軟管與高壓硬管兩部分，高壓軟管內部有一段或若干段降噪管（部分內部還有節流閥），高壓油管的降噪作用就是通過高壓軟管以及其內部的降噪管實現的。主要分為以下兩個方面：

（1）動力轉向液流經高壓軟管時，高壓軟管的收縮膨脹可以吸收一部分的液體振動，起到減小噪音的效果。

（2）高壓軟管內部降噪管可以通過反射激發相位相反、頻率相同的振動波，以起到消弱液體振動的作用，達到減小噪音的效果。

2.2制定優化方案

根據高壓油管消弱轉向泵工作噪音的原理可以從以下兩個方面制定優化方案：

（1）增長高壓軟管長度；

（2）匹配合適數量、長度及位置的降噪管，在確定降噪管長度時可以根據經驗公式初步確定，具體如下：

公式中：

f1——需要消除的峰值頻率；

N——整數（通常為10左右）；

c——動力轉向液經過降噪管時的流速；

L——降噪管長度。

由于高壓油管周邊環境及成本限制，高壓軟管長度無法無限加長，綜合考慮制定了總計7種方案，具體如下所示：

表2　具體優化方案Tab.2　the concrete optimum proposal

3、整改效果確認

3.1針對優化方案進行臺架噪音測試

高壓油管在樣件制造完成后，需進行噪音臺架測試，以初步確定高壓油管對動力轉向泵脈動噪音的消弱效果，以便選取較好的方案進行實車驗證工作，這樣可以在實車測試階段節省大量的重復裝配時間。

表3　優化方案在對應整車噪音峰值頻率下能夠消弱的噪音值Tab.3　 The reduction of noise for each optimization scheme in the peak noise frequency

上述實驗結果顯示，4、5、6、7號方案轉向泵工作噪音的消弱效果在286Hz及428Hz兩個頻率范圍內均優于0號方案，且5號方案，臺架噪音測試曲線更平穩，對脈動噪音的消弱效果最好。

3.2針對優化方案進行實車噪音測試

NVH方面的性能檢查需要結合臺架測試與實車驗證及主觀評價才能最終確認整改效果，在進行完噪音臺架測試后，選取臺架噪音測試結果較好的兩種優化方案樣件裝車，以進行實車振動噪音測試，以驗證優化方案的實車噪音客觀水平。

表4　對應整車噪音峰值頻率下的車內實測噪音（相對值）Tab.4　The real vehicle noise test date in the peak noise frequency

測試結果顯示選取的兩種優化方案（5號及6號方案）對轉向泵工作噪音的消弱效果均優于0號方案，且5號方案的優化效果更好，與臺架噪音測試結果相匹配。

3.3針對優化方案進行實車主觀評價

由于試驗值與主觀感受存在差異性，因此液壓轉向系統的匹配噪音可接受與否最終仍然需要通過主觀評價來判定，針對裝車驗證的5號方案及6號方案，在進行實車噪音測試的同時，組織專家對優化效果進行主觀評價，最終的主觀評價得分如下表：

表5　主觀評價分值Tab.5　Subjective evaluation scroe

通過專家主觀評價打分結果，可知不論是否打方向盤，優化方案5均能夠有效降低駕駛室內人耳采集到的轉向泵工作噪音，使噪音水平處于可接受范圍內。

4、結論

針對某汽車市場反饋的原地怠速緩慢打方向盤“嗡嗡”響問題，對造成該問題的因素進行分析和排查，最終確認問題根源是高壓油管對轉向泵噪音的消弱效果差。針對改問題根源進行相應優化整改，經試驗室臺架噪音測試和整車噪音測試及主觀評價，優化方案解決了原地怠速緩慢打方向盤“嗡嗡”響問題，大大提升整車NVH性能，解決了客戶抱怨。同時在整改優化過程中總結了以下經驗，可以為后續液壓助力車型開發提供借鑒意義：

（1）在設計高壓油管時，其軟管長度應盡可能長，這樣消弱轉向泵工作噪音的效果更明顯；

（2）在布置高壓軟管內部降噪管時，最好采用兩段式，且長度可以根據文中經驗公式初步確定，同時兩段降噪管長度比例最好成整數倍關系。

5、參考文獻

[1]程飛、鄧飛等.動力轉向液壓泵噪音分析研究.液壓與氣動[J].2008.

[2]鄭壽慶等.液壓系統噪音分析與降噪措施研究.艦船電子工程[J].2012.

[3]郭其昌.汽車液壓轉向系統噪音的分析.裝備制造技術[J].2012.

[4]姚群飛.轎車動力轉向泵脈動噪音優化.裝備制造技術[J].2012.

Hydraulic power steering pump noise optimization of one passenger car

Xu Kuanlin,Shao Wenbin,Zhu Lianbang
(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601)

in view of the big noise of hydraulic power steering pump when the common vehicle is in situ idle speed and turn round slowly.Through the analysis of the test bench and real vehicle,determine the types and causes of noise,then formulating and implementing the effective noise optimization.Through the noise optimization process,sunning up experience for NVH design of hydraulic power steering system.

hydraulic power steering; steering pump; noise; high-pressure oil pipe

U463.4

A

1671-7988（2016）08-122-04

許寬林（1990-），男，底盤設計工程師；就職于安徽江淮汽車股份有限公司，主要從事乘用車轉向系統的設計工作。