發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)對(duì)NVH的影響

黃蔚　馮應(yīng)超　曾凡淦

摘 要：近年來(lái)汽車的NVH問(wèn)題已經(jīng)是用戶抱怨的主要問(wèn)題之一，而發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)對(duì)整車NVH性能的影響比較大。本文從皮帶剛度對(duì)NVH的影響、支架模態(tài)對(duì)NVH的影響、發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件的隔振措施、各附件帶輪對(duì)齊度對(duì)NVH的影響、發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)子零件的公差對(duì)NVH的影響、發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)參數(shù)衰減對(duì)NVH的影響等方面做了相關(guān)的研究與分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng) NVH 皮帶 支架 發(fā)電機(jī)解耦器 自動(dòng)張緊輪

1 引言

隨著汽車的普及，用戶越來(lái)越關(guān)注汽車的舒適性，近年來(lái)汽車的NVH問(wèn)題已經(jīng)是用戶抱怨的主要問(wèn)題之一。主機(jī)廠都在重點(diǎn)關(guān)注并改善整車NVH性能。發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)前端（空調(diào)、水泵、發(fā)電機(jī)等）的一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)整車NVH性能的影響比較大。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)與NVH的關(guān)系

發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)在運(yùn)行中存在抖動(dòng)、振動(dòng)、滑移等狀態(tài)，而這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制不好，則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法接受的NVH問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中，通過(guò)合理的布置及前期CAE分析可以使發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)滿足功能需求，但是仍需從下面幾方面考慮優(yōu)化、提升NVH性能。

2.1 皮帶剛度對(duì)NVH的影響

皮帶剛度對(duì)皮帶抖動(dòng)和系統(tǒng)振動(dòng)影響較大，如下是一款車型附件皮帶使用聚酯皮帶（低剛度）和使用芳綸皮帶（高剛度）的NVH性能差異，聲音測(cè)試位置為駕駛員耳部。

如上測(cè)試結(jié)果顯示：使用聚酯皮帶時(shí)高頻聲音明顯要比使用芳綸皮帶時(shí)粗糙，且單頻聲音明顯增多。

芳綸皮帶剛度大，通常表現(xiàn)都優(yōu)于聚酯皮帶;一般發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)在使用芳綸皮帶時(shí)比使用聚酯皮帶時(shí)運(yùn)行更加穩(wěn)定，NVH效果更優(yōu)。在三缸機(jī)、直噴發(fā)動(dòng)機(jī)或NVH要求較高的車型中，建議優(yōu)先使用芳綸皮帶進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

2.2 支架模態(tài)對(duì)NVH的影響

如在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件安裝支架時(shí)沒(méi)有注意到模態(tài)控制，會(huì)導(dǎo)致附件在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)共振，影響到NVH性能。如下是一款車型的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，聲音測(cè)試位置為駕駛員耳部。

如上測(cè)試結(jié)果顯示：在壓縮機(jī)支架模態(tài)為200Hz時(shí)，存在明顯共振帶;在壓縮機(jī)支架模態(tài)為400Hz時(shí)，共振帶明顯減弱，聲壓總級(jí)表現(xiàn)為整體降低。為避免與發(fā)動(dòng)機(jī)上其他零件發(fā)生共振，建議發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件支架的模態(tài)不低于400Hz。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件的隔振措施

發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件的振動(dòng)激勵(lì)主要來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不均勻性，理論上只要將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不均勻性隔離就可以解決發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件的NVH問(wèn)題。現(xiàn)從如下兩個(gè)方面介紹隔振措施。

2.3.1 發(fā)電機(jī)解耦器

因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高（通常是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的2-3倍）、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，所以發(fā)電機(jī)是影響發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)穩(wěn)定的主要因素。發(fā)電機(jī)解耦器是一個(gè)能阻隔部分發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻性傳遞到發(fā)電機(jī)上的產(chǎn)品，可以有效的優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的工作環(huán)境，提升NVH性能，如下是帶發(fā)電機(jī)解耦器和不帶發(fā)電機(jī)解耦器的整車NVH差異，聲音測(cè)試位置為駕駛員耳部。

通過(guò)如上測(cè)試數(shù)據(jù)可知，在發(fā)動(dòng)機(jī)1100轉(zhuǎn)以下使用發(fā)電機(jī)解耦器可以降低車內(nèi)加速噪音降低5dB以上，改善效果極其明顯。所以在NVH要求高或NVH異常惡劣的車型上建議使用發(fā)電機(jī)解耦器。同時(shí)使用發(fā)電機(jī)解耦器還可降低發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的張緊力，可進(jìn)一步改善系統(tǒng)工作環(huán)境，降低油耗。

2.3.2 曲軸隔振帶輪

曲軸隔振帶輪可直接從輸入端大幅的阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻性，可極大程度的提升NVH性能和降低發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的張緊力。與發(fā)電機(jī)解耦器相比，曲軸隔振帶輪隔振效果更優(yōu)，成本更高;在NVH要求極高或系統(tǒng)問(wèn)題無(wú)法解決的車輛上可以考慮。

2.4 各附件帶輪對(duì)齊度對(duì)NVH的影響

附件帶輪的平面度差是皮帶跳動(dòng)異響的根本原因，這就需要我們不斷改善發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的帶輪平面度，這樣可直接有效的消除皮帶跳動(dòng)異響。

建議皮帶不對(duì)齊度不超過(guò)0.7°。所有附件帶輪平面度的公差均需依此要求來(lái)計(jì)算，如制造無(wú)法滿足要求，則需在附件、附件支架安裝位置增加定位銷，用于減小裝配公差。

公差計(jì)算公式為：

公差=跨度×0.7°÷360°×3.14

如公式所示，皮帶跨度越長(zhǎng)，允許的公差越大，在設(shè)計(jì)中皮帶跨度不得過(guò)小。當(dāng)皮帶跨度為75mm時(shí)，帶輪平面度公差在0.46mm左右，已比較難控制;所以不建議跨度過(guò)小，特別是進(jìn)入槽輪段的皮帶跨度，需重點(diǎn)關(guān)注。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)子零件的公差對(duì)NVH的影響

自動(dòng)張緊輪扭矩的波動(dòng)、自動(dòng)張緊輪阻尼的波動(dòng)、皮帶剛度的波動(dòng)，均會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的NVH出現(xiàn)較大差異。所以為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)該在制造能力達(dá)到要求的情況下，提高自動(dòng)張緊輪扭矩、阻尼和皮帶剛度的公差水平。

2.5.1 自動(dòng)張緊輪扭矩公差

目前業(yè)內(nèi)自動(dòng)張緊輪名義位置的扭矩公差多按±15%來(lái)控制，按目前制造水平，該公差要求已偏大，可適當(dāng)調(diào)整。

2.5.2 自動(dòng)張緊輪阻尼公差

阻尼是自動(dòng)張緊輪最難控制的參數(shù)，目前多按±15%來(lái)控制，建議適當(dāng)調(diào)整、優(yōu)化。

2.5.3 皮帶剛度信息

在2.1中已經(jīng)說(shuō)過(guò)剛度對(duì)NVH的影響趨勢(shì)，這里說(shuō)的是剛度的穩(wěn)定性;剛度波動(dòng)越小，系統(tǒng)的一致性越高。

定負(fù)荷延伸率是皮帶剛度的具體表現(xiàn)。現(xiàn)在很多皮帶廠家對(duì)于皮帶定負(fù)荷延伸率均按小于3%控制;但主流廠家的控制水平已優(yōu)于3%，可依據(jù)生產(chǎn)制造水平適當(dāng)調(diào)整該參數(shù)。

平均剛度（也稱作拉伸剛度）計(jì)算公式：E（rib）=F/ε=F/（Δl/l）=250N/定負(fù)荷伸長(zhǎng)率，單位N/rib。

定負(fù)荷延伸率：在250N/楔的情況下測(cè)量皮帶長(zhǎng)度，此長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度的變化率即定負(fù)荷延伸率。

2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)參數(shù)衰減對(duì)NVH的影響

2.6.1 自動(dòng)張緊輪扭矩衰減

自動(dòng)張緊輪在使用中會(huì)扭矩會(huì)逐漸衰減，如衰減過(guò)大會(huì)導(dǎo)致異響，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)衰減量做一個(gè)控制，一般按衰減不大于15%來(lái)控制。在系統(tǒng)測(cè)試中，應(yīng)該按設(shè)計(jì)中的下限扭矩并再衰減15%后的值制造極限樣件，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。隨著制造和設(shè)計(jì)能力的提升衰減量應(yīng)該逐漸減小，這可有效的提高發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.6.2 皮帶伸長(zhǎng)率

皮帶在使用中會(huì)磨損，并伸長(zhǎng)，如伸長(zhǎng)量過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致異響。所以在設(shè)計(jì)中需特別關(guān)注皮帶伸長(zhǎng)率。在系統(tǒng)測(cè)試中，應(yīng)該按設(shè)計(jì)中的最長(zhǎng)值再加上伸長(zhǎng)率制造極限樣件，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。極限自動(dòng)張緊輪與極限皮帶共同進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，且無(wú)問(wèn)題，才說(shuō)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)是滿足要求的。

2.6.3 軸承磨損

因發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)一直在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，且發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)溫度高，工作環(huán)境惡劣（泥水、沙石等），所以附件軸承異響也是發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件異響中的一個(gè)高發(fā)問(wèn)題。首先，在設(shè)計(jì)中需要核算各附件軸承的壽命，需滿足整車設(shè)計(jì)壽命要求;其次，需對(duì)軸承密封性（即防塵防水性能）做要求，耐久試驗(yàn)后需檢查軸承油脂消耗率，其油脂消耗率需滿足軸承的相關(guān)控制要求。

3 總結(jié)

本文主要對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)易出現(xiàn)的NVH問(wèn)題做了相關(guān)的分析，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題做出了相應(yīng)的建議，對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王二化，吳波，胡友民，楊叔子.考慮OAP影響的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)FEAD系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究.機(jī)械傳動(dòng).2018，42（12）.

[2]徐立強(qiáng)，李凱，高東東.某三缸機(jī)FEAD振動(dòng)控制匹配分析與驗(yàn)證.內(nèi)燃機(jī).2019，（03）.