汽車進氣波紋管隔振研究

李江洋，王偉霞 Li Jiangyang，Wang Weixia

汽車進氣波紋管隔振研究

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）

消費者對汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）性能的要求越來越高，因此對于動力總成附件的NVH相關性能研究十分重要。以某項目進氣波紋管隔振改善為例，說明進氣波紋管振動傳遞路徑，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，并對原波紋管結構進行優化，改善了轉向盤處的振動加速度，并給出設計建議。

NVH；進氣波紋管；隔振

0 引 言

隨著汽車行業的競爭加劇，主機廠越來越重視用戶對汽車的體驗和感知質量。汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）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廠重視，其中對于振動的研究尤為重要。

車輛運轉時，發動機曲軸的往復、氣缸的壓縮以及變速器齒輪運轉等都會產生振動和噪聲，并通過與車身連接的部分傳遞到乘員艙。通常認為，懸置系統的隔振性能對發動機的振動起著決定性作用，值得注意的是，連接動力總成和車身的管路也會傳遞振動，如空調管路、中冷器進出氣管、散熱器進出水管、進氣相關管路等，因此這些管路零部件也需要考慮隔振性能[1]。

以某項目進氣系統的波紋管隔振改善為例，說明進氣波紋管振動傳遞路徑，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，并對原波紋管結構進行優化，改善了轉向盤處的振動加速度，并提出改進方向。

1 進氣波紋管布置

某項目車型為A0級SUV，搭載1.5TD渦輪增壓直噴發動機，如圖1所示?？諝鈴目諡V進氣管口部進入，經過空氣濾清器過濾后進入發動機進氣軟管總成，經發動機進氣軟管總成進入渦輪增壓器，再經過中冷器進氣管總成、中冷器、中冷器出氣管后進入節氣門。

注：1. 空濾進氣管；2. 空氣濾清器；3. 發動機進氣軟管總成；4. 中冷器進氣管；5. 中冷器；6. 中冷器出氣管。

其中，空濾進氣管使用兩個卡扣安裝在前端框架上，空濾進氣管與空氣濾清器為卡接結構；空氣濾清器通過3個減振墊安裝在車身和前端框架上，發動機進氣軟管總成、中冷器進氣管、中冷器出氣管均安裝在動力總成上，中冷器進氣管、中冷器出氣管同時連接中冷器與發動機，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；因此進氣系統的零部件均直接或間接連接車身，會將發動機的振動傳遞到車身。

如圖2所示，發動機進氣軟管總成上的膠管與空氣濾清器連接，使用兩個蝸輪蝸桿卡箍（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型波紋結構（圖2中8），因此稱為進氣波紋管。由于發動機進氣軟管總成固定在發動機上，發動機運轉時產生的振動通過進氣波紋管傳遞到空氣濾清器，并通過空氣濾清器的3個安裝點（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軌及轉向盤的振動；因此，進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；10. 空濾和車身連接點。

通常使用隔振率來評價進氣波紋管的隔振性能，計算公式為

式中：主為主動側振動加速度，即發動機側；被為被動側振動加速度，即空濾上表面。

2 原設計存在的問題

在進行主觀評價時，提出了怠速開空調時轉向盤振動大、手臂發麻的問題。使用LMS設備進行客觀測試，如圖3所示，怠速時轉向盤12點方向的振動加速度為0.24 m/s2，不滿足小于0.2 m/s2的設計要求。

從路徑上進行排查，除懸置外，發動機與車身的連接點包含空調進出水管、中冷器進出氣管、空氣濾清器、散熱器進出水管等零部件。首先進行主觀感受排查，發現空氣濾清器上殼體表面振動較大，同時出現麻手的感覺；其他的管路接頭處振動相對不明顯。其次進行客觀測試，在空氣濾清器上表面處布置振動傳感器，使用LMS設備測試空氣濾清器與發動機進氣軟管總成連接和斷開兩種情況，測試結果見表1。

圖3 怠速開空調時轉向盤12點方向的振動加速度

表1 空濾上表面振動加速度測試結果 ms-2

由表1發現，將發動機進氣軟管總成與空氣濾清器連接處斷開后，客觀測試的振動差異大，再測試轉向盤12點鐘方向的振動加速度為0.14 m/s2，如圖4所示；因此可以判定，發動機進氣軟管總成的波紋管段隔振性能較差，將發動機的振動直接傳遞到空氣濾清器，進而傳遞到前端框架和車身，增大了轉向盤處的振動。

圖4 波紋管斷開后轉向盤12點方向的振動加速度

波紋管材料EPDM的硬度為（70±5）HA，截面如圖5所示，可以看出，原波紋管設計波谷厚度為3.5 mm，波峰厚度為5.5 mm，波高為12.2 mm，單個波距為11.4 mm。由于波峰處厚度較大且波高偏小，硬度也偏高，發動機端的振動可以通過波紋管傳遞到空氣濾清器，將表1中發動機側、空濾上表面的振動加速度測試值代入式（1），可得原狀態下隔振率為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 優化方案及效果驗證

根據上文分析的原因，制定整改方向，波紋管的材料不變，將其硬度降低5 HA，并優化波紋管V型結構尺寸。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，測試優化前、后不同硬度波紋管下的振動情況，因為優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種情形進行比較，結果見表2，轉向盤12點方向的振動加速度由原來的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，轉向盤麻手感明顯降低；將表2中3種情形下發動機側、空濾上表面的振動加速度代入式（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明顯降低。

圖6 優化后的波紋管截面圖（單位:mm）

表2 波紋管優化前、后振動及隔振率對比

為覆蓋驗證中的硬度范圍，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，輻射噪聲會變大。經過測試，波紋管優化后，車內3階3 600～4 400 r/min轉速區間噪聲問題惡化，增加了2～3 dB，但主觀評價無明顯變化，可以接受。

4 總 結

對比發動機進氣波紋管優化前、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，隔振效果會增強；在相同壁厚條件下，波高越大，減振效果越好。

[1]馮桂軍，韋麗. 進氣系統零部件振動隔離設計[J].機械設計與研究，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