某輕型卡車動(dòng)轉(zhuǎn)異響原因分析與改進(jìn)

柴博，賈偉偉，袁智明，陳開(kāi)超，王濤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

使用與維修

某輕型卡車動(dòng)轉(zhuǎn)異響原因分析與改進(jìn)

柴博，賈偉偉，袁智明，陳開(kāi)超，王濤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

對(duì)某輕型卡車在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下，原地打方向時(shí)出現(xiàn)的動(dòng)轉(zhuǎn)異響進(jìn)行分析與改進(jìn)。從動(dòng)轉(zhuǎn)管路系統(tǒng)油液流動(dòng)對(duì)管路產(chǎn)生震動(dòng)方面進(jìn)行系統(tǒng)排查，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)匹配的優(yōu)化及管路震動(dòng)的消減，降低動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)噪音，提高車輛的舒適性。

動(dòng)轉(zhuǎn)異響；系統(tǒng)匹配；管路震動(dòng)；降噪

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-01-04

引言

目前市場(chǎng)上的輕型卡車均配備液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由動(dòng)轉(zhuǎn)泵總成、動(dòng)轉(zhuǎn)管路和動(dòng)轉(zhuǎn)油壺組成。如在布置、匹配、管路安裝等方面設(shè)計(jì)不合理，會(huì)引起動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪音，進(jìn)而影響駕駛舒適性。本文針對(duì)某輕型卡車在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，原地打方向，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在異響的問(wèn)題，從動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置、系統(tǒng)匹配、管路震動(dòng)等方面進(jìn)行分析與改進(jìn)，從而成功消減該車型動(dòng)轉(zhuǎn)異響。

1、車輛現(xiàn)狀調(diào)查

市場(chǎng)反饋，某輕型卡車在原地打方向時(shí)存在動(dòng)轉(zhuǎn)異響。經(jīng)過(guò)對(duì)該車型現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審，確認(rèn)動(dòng)轉(zhuǎn)異響模式：在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下，將駕駛室車窗、空調(diào)、收音機(jī)均關(guān)閉，隔絕一切外界聲音時(shí)，原地打方向可以聽(tīng)到嗡嗡的異響聲音。在不打方向時(shí)無(wú)噪音，當(dāng)原地踩油門后或車輛正常行駛時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)噪音變大，動(dòng)轉(zhuǎn)異響聲音無(wú)法聽(tīng)到。現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)該異響來(lái)源為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

2、原因分析

該車型動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)如圖1所示，主要由動(dòng)轉(zhuǎn)泵、動(dòng)轉(zhuǎn)油壺、高壓軟管、鋼管、低壓軟管組成。

在試驗(yàn)臺(tái)上模擬該車型動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，對(duì)頻率與噪音的關(guān)系進(jìn)行測(cè)試。由于駕駛室隔音的作用，動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)大部分頻率下的噪音可以被隔絕，但個(gè)別頻率的噪音出現(xiàn)高峰時(shí)無(wú)法隔絕。測(cè)試結(jié)果如圖2所示，從中可以看出，當(dāng)頻率每間隔350Hz時(shí)，動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)噪音出現(xiàn)高峰。

圖1

該車型所用動(dòng)轉(zhuǎn)泵為雙作用葉片泵，其基頻參考公式1進(jìn)行計(jì)算：

式中：f——?jiǎng)愚D(zhuǎn)泵基頻；

n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

i——?jiǎng)愚D(zhuǎn)泵與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比；

A——?jiǎng)愚D(zhuǎn)泵葉片數(shù)量；

B——?jiǎng)愚D(zhuǎn)泵轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，完成的吸排油過(guò)程次數(shù)；

該車型n=750r/min，i=1.42，A=10，B=2，則計(jì)算出f=355Hz。通過(guò)計(jì)算可知，動(dòng)轉(zhuǎn)泵作為動(dòng)轉(zhuǎn)管路系統(tǒng)的噪聲源，動(dòng)轉(zhuǎn)泵排油的基頻與圖2出現(xiàn)噪音高峰的頻率相吻合。說(shuō)明該車型的動(dòng)轉(zhuǎn)異響與油液流動(dòng)有關(guān)。將降低該車型動(dòng)轉(zhuǎn)異響的重點(diǎn)，放在降低油液流動(dòng)的沖擊及震動(dòng)上。

對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能引起油液震動(dòng)噪音的因素進(jìn)行分析如下：

對(duì)上述影響因素進(jìn)行逐項(xiàng)分析。

2.1 動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配、布置

2.1.1 動(dòng)轉(zhuǎn)泵與轉(zhuǎn)向器流量、排量匹配是否合理

如動(dòng)轉(zhuǎn)泵控制流量大于轉(zhuǎn)向器所需流量，存在過(guò)多的油液沖擊，會(huì)造成動(dòng)轉(zhuǎn)管路系統(tǒng)油液沖擊聲音變大，如同生活中開(kāi)打水龍頭水流沖擊聲音變大。如動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量與轉(zhuǎn)向器所需流量相匹配，而動(dòng)轉(zhuǎn)泵排量過(guò)大，由于動(dòng)轉(zhuǎn)泵運(yùn)轉(zhuǎn)特性，可能造成動(dòng)轉(zhuǎn)泵多余油液在泵內(nèi)循環(huán)，油液沖擊形成響聲。因此我們對(duì)該車型動(dòng)轉(zhuǎn)泵與轉(zhuǎn)向器流量、排量的匹配合理性進(jìn)行分析。

轉(zhuǎn)向器需求流量計(jì)算如式2：

式中：Q0——滿足轉(zhuǎn)向盤最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)速所需要的理論流量；

n——轉(zhuǎn)向盤最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，按1.125r/s計(jì)算；

t——轉(zhuǎn)向器螺距；

S——轉(zhuǎn)向器油缸工作面積；

Q2——方向機(jī)允許的內(nèi)泄露量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，取1L/min。

根據(jù)上述式2，對(duì)該車型轉(zhuǎn)向器流量需求及對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵排量需求進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1：

表1

該車型動(dòng)轉(zhuǎn)泵相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2：

表2

由表1與表2的對(duì)比可以看出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速750n/min時(shí)，轉(zhuǎn)向器流量需求范圍為（6.1～7.8）L/min，動(dòng)轉(zhuǎn)泵的需求排量范圍為（5.7～7.3）ml/r。實(shí)際匹配的動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量為7.7 L/min，排量為7.2 ml/r。可以看出，該車型動(dòng)轉(zhuǎn)泵的流量與排量均在轉(zhuǎn)向器需求上限，存在動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量與排量較大，引起油液沖擊噪音較大造成動(dòng)轉(zhuǎn)異響的可能性。

我們?cè)谵D(zhuǎn)向器需求范圍內(nèi)調(diào)低動(dòng)轉(zhuǎn)泵的排量，取需求的中值，將動(dòng)轉(zhuǎn)泵的排量調(diào)整至6.6 ml/r，同時(shí)保持動(dòng)轉(zhuǎn)泵壓力不變，使其在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)動(dòng)轉(zhuǎn)泵的流量為7 L/min。在存在異響的車輛上更換該動(dòng)轉(zhuǎn)泵，其它均保持不變，邀請(qǐng)三人對(duì)該車原地打方向進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為動(dòng)轉(zhuǎn)異響明顯降低。對(duì)更換動(dòng)轉(zhuǎn)泵前后的方向盤轉(zhuǎn)向力進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

從表3檢測(cè)結(jié)果可以得出，在保持動(dòng)轉(zhuǎn)泵壓力不變的情況下，降低動(dòng)轉(zhuǎn)泵排量與流量并未使該車轉(zhuǎn)向力受到影響。上述排查過(guò)程說(shuō)明動(dòng)轉(zhuǎn)泵排量較大是造成動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)異響的主要影響因素。

表3

用相同的辦法對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵排量再進(jìn)行降低，雖然動(dòng)轉(zhuǎn)異響得到降低，但轉(zhuǎn)向力開(kāi)始變重，6.6 ml/r排量為轉(zhuǎn)向力與動(dòng)轉(zhuǎn)異響中最平衡的選擇。

2.1.2 油壺與動(dòng)轉(zhuǎn)泵落差

如油壺出油口與動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)油口落差過(guò)小，會(huì)造成動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)油不暢，進(jìn)而可能引起噪音。

根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，油壺出油口與動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)油口落差≥20mm時(shí)，可保證動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)油順暢。如圖3所示，該車型動(dòng)轉(zhuǎn)油壺出油口與動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)油口落差為35mm，符合設(shè)計(jì)要求。因此排除動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)油不暢造成動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)異響。

圖3

2.2 管路震動(dòng)

2.2.1 動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管長(zhǎng)度影響

動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管如過(guò)短，會(huì)不利于吸收動(dòng)轉(zhuǎn)泵出油的脈沖震動(dòng)。該車型動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管長(zhǎng)度為320mm，在異響車輛上分別更換長(zhǎng)度為500mm和600mm的動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管，動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)其它保持不變，邀請(qǐng)三人對(duì)該車原地打方向進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為動(dòng)轉(zhuǎn)異響無(wú)明顯改善，說(shuō)明該車型動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管長(zhǎng)度合適，不是造成該車型動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)異響的主要影響因素。

2.2.2 動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管材質(zhì)影響

圖4

圖5

常用的動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管有兩種材質(zhì)，分別為聚氨酯（如圖4所示）與CSM（如圖5所示）兩種。其中聚氨酯材質(zhì)較硬，CSM材質(zhì)較軟。較軟的管子更有利于緩沖動(dòng)轉(zhuǎn)泵出油的脈沖震動(dòng)，有利于抑制動(dòng)轉(zhuǎn)異響。該車型采用較硬的聚氨酯材質(zhì)高壓管，在存在異響的車輛上將聚氨酯材質(zhì)的管子更換成同等長(zhǎng)度的CSM材質(zhì)高壓管，動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)其它保持不變，邀請(qǐng)三人對(duì)該車原地打方向進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為動(dòng)轉(zhuǎn)異響無(wú)明顯改善，說(shuō)明動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管材質(zhì)的軟硬不是該車型動(dòng)轉(zhuǎn)異響的主要影響因素。

2.2.3 動(dòng)轉(zhuǎn)高壓管是否采用降噪設(shè)計(jì)

動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管是動(dòng)轉(zhuǎn)泵排油所流經(jīng)的第一根管子，是動(dòng)轉(zhuǎn)管路中震動(dòng)最大的管子，其震動(dòng)能否有效降低，直接影響動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的噪音。動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管采用降噪設(shè)計(jì)是常被采用的降低液體震動(dòng)，減小噪音的措施。其結(jié)構(gòu)如圖6所示，在動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管進(jìn)油端放置一段螺旋結(jié)構(gòu)的降噪管芯，達(dá)到緩解管路油液沖擊的作用。經(jīng)查該車型所用的動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管不是降噪管，在存在異響的車輛上將動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管更換成降噪高壓軟管，其它均保持不變，邀請(qǐng)三人對(duì)該車原地打方向進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為動(dòng)轉(zhuǎn)異響得到一定的降低。說(shuō)明動(dòng)轉(zhuǎn)高壓軟管采用降噪設(shè)計(jì)可緩解動(dòng)轉(zhuǎn)異響。

圖6

2.2.4 動(dòng)轉(zhuǎn)管路管子折彎過(guò)多，折彎角度、折彎半徑過(guò)小

動(dòng)轉(zhuǎn)管路管子折彎過(guò)多，彎折角度、折彎半徑過(guò)小，可能造成油液流通不暢，進(jìn)而產(chǎn)生管路震動(dòng)，造成異響。通常要求管子折彎角度不小于90°，折彎半徑不小于30mm。從圖1中，該車型動(dòng)轉(zhuǎn)管路設(shè)計(jì)來(lái)看，管子走向正常，無(wú)過(guò)多的折彎點(diǎn)，無(wú)小于90°的折彎角，鋼管與低壓軟管折彎半徑均為35mm，符合設(shè)計(jì)要求。上述情況說(shuō)明該車型管路設(shè)計(jì)合理，不會(huì)影響管路內(nèi)油液流動(dòng)順暢性，不具備產(chǎn)生動(dòng)轉(zhuǎn)異響的條件。

2.2.5 管路固定是否能有效消減震動(dòng)

圖7

圖8

管路的固定，特別是對(duì)較鋼管的固定，如設(shè)計(jì)的不合理，易引起較大震動(dòng)從而產(chǎn)生多余的噪音。根據(jù)國(guó)內(nèi)外汽車廠商對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)管路固定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，要求每小于等于500mm固定一次較為合理，如固定管夾數(shù)量過(guò)少，管子可能固定不牢，油液沖擊造成管子震動(dòng)，可能引發(fā)異響。對(duì)該車型管路固定進(jìn)行檢查，符合每500mm固定一次的要求。

固定鋼管所用的管夾分塑料硬管夾（如圖7所示）與橡膠軟管夾（如圖8所示），硬管夾不如軟管夾對(duì)管路震動(dòng)吸收的效果好，可能會(huì)引起動(dòng)轉(zhuǎn)異響。該車型在鋼管的固定上均使用塑料硬管夾，不利于吸收管路震動(dòng)。將異響車輛的塑料硬管夾更換為橡膠軟管夾，如圖9所示，動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)其它保持不變，邀請(qǐng)三人對(duì)該車原地打方向進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為動(dòng)轉(zhuǎn)異響得到改善。說(shuō)明該車固定鋼管使用的管夾不能有效消減管路震動(dòng)，是產(chǎn)生動(dòng)轉(zhuǎn)異響的因素之一。

圖9

2.3 動(dòng)轉(zhuǎn)泵自身工作噪音

動(dòng)轉(zhuǎn)泵作為動(dòng)轉(zhuǎn)管路系統(tǒng)的噪音源，其本身的噪音對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)異響有較大影響。根據(jù)《QC/T 299.1-2014汽車液壓轉(zhuǎn)向助力泵第1部分：技術(shù)要求》的規(guī)定，商用車動(dòng)轉(zhuǎn)泵噪聲在1000r/min時(shí)≤80 dB(A)，乘用車動(dòng)轉(zhuǎn)泵噪聲在1000r/min時(shí)≤75 dB(A)。對(duì)一臺(tái)異響車使用的動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)行噪聲測(cè)試，實(shí)測(cè)在1000r/min時(shí)噪聲值為74 dB(A)，已達(dá)到乘用車標(biāo)準(zhǔn)要求。說(shuō)明該車動(dòng)轉(zhuǎn)泵自身工作的噪音不是引起動(dòng)轉(zhuǎn)異響的主要因素。

2.4 要因確認(rèn)

通過(guò)上述排查分析，確認(rèn)引起該車型動(dòng)轉(zhuǎn)異響的原因如下：

①動(dòng)轉(zhuǎn)泵排量較大；

②動(dòng)轉(zhuǎn)高壓管未采取降噪設(shè)計(jì)；

③管路固定無(wú)法有效消減震動(dòng)。

3、車輛整改

3.1 主觀評(píng)價(jià)

針對(duì)上述排查的原因，在一臺(tái)存在動(dòng)轉(zhuǎn)異響的車輛上，將排量為6.6 ml/r的動(dòng)轉(zhuǎn)泵、降噪高壓軟管、橡膠軟管夾更換至該車上，邀請(qǐng)三人對(duì)該車進(jìn)行評(píng)審，結(jié)果三人一致認(rèn)為在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，原地打方向動(dòng)轉(zhuǎn)異響得到消除。

3.2 動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)頻率、噪音模擬測(cè)試

在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)裝配排量為6.6 ml/r的動(dòng)轉(zhuǎn)泵、降噪高壓軟管、橡膠軟管夾的動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬測(cè)試，測(cè)試的頻率與噪音的關(guān)系如圖10所示。

圖10

將改善前（圖2）與改善后（圖10）的測(cè)試圖進(jìn)行合并對(duì)比，如圖11所示，紅色部分為改善前的測(cè)試曲線，黑色部分為改善后的測(cè)試曲線，在每間隔350Hz時(shí)出現(xiàn)的動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)噪音峰值得到有效降低，與實(shí)際中駕駛員感覺(jué)動(dòng)轉(zhuǎn)異響消除相吻合。

圖11

4、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)某輕型卡車在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下，原地打方向時(shí)存在的動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)異響的現(xiàn)象，進(jìn)行了系統(tǒng)的原因分析。通過(guò)科學(xué)的臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試，找準(zhǔn)排查改善方向，即油液流動(dòng)的沖擊及震動(dòng)。運(yùn)用排除法，準(zhǔn)確快速找到問(wèn)題原因，確認(rèn)改善方案，取得了較好的效果。本文所及方法和結(jié)論對(duì)類似問(wèn)題的解決具有一定的借鑒作用，為新車型動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[2] 余志生.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000

[3] 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.QC/T 299.1汽車液壓轉(zhuǎn).向助力泵第1部分：技術(shù)要求.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2014.

[4] 江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心.江淮輕型卡車設(shè)計(jì)規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,2006.

A light truck regulated sound reason analysis and improvement

Chai Bo, Jia Weiwei, Yuan Zhiming, Chen Kaichao, Wang Tao
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Under the condition of the engine idle speed,when the driver turned the steering wheel，power steering system of a light truck produced abnormal sounds.This paper analyze the reasons of abnormal sounds and improve.This paper analyze pipeline vibration of the oil flow in power steering system. Through the optimization of system matching and pipeline vibration reduction, reduce abnormal sounds of power steering system, improve the comfort of the vehicle.

abnormal sounds of power steering system; system matching; pipeline vibration; the noise reduction

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-01-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.001

柴博，學(xué)士學(xué)位，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，負(fù)責(zé)公司輕卡車型前橋轉(zhuǎn)向的開(kāi)發(fā)與研究。