某乘用車加速異響問題的排查及改進

邢維者，陳寒霜，田子龍，徐仰匯，任 超

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

隨著市場發展，顧客對汽車的品質越來越關注，業內對舒適性的要求也越來越高。汽車在行駛時，由于發動機、變速器、輪胎等零部件的工作，會帶來NVH等方面的問題，這些問題如果不加以解決，則會引發客戶的抱怨。因此，各大主機廠都投入了大量資源來提升汽車的NVH水平。某乘用車搭載2.0T+6AT的動總，在研發期間，主觀評價整車NVH性能。動態評價過程中（D擋模式），車內存在加速異響，主觀描述為“咕嚕咕嚕”的聲音。對該工況進行測試，車內噪聲測試結果如圖1所示。對原始數據的音頻進行回放，“咕嚕”聲在第6秒時出現，并持續至22秒。結合頻譜圖，對數據進行濾波處理，通過帶阻濾波器，將350～450 Hz頻段的聲音濾除，回放該音頻，“咕嚕”聲異響消除，因此可以明確，加速異響頻段為350～450 Hz。

圖1 車內噪聲測試結果

本文以某乘用車加速異響為案例，采用試驗的手段對問題點進行排查及分析。通過對不同工況的測試，明確了問題點的發生工況，結合動力總成本體振動測試及拆除零部件的驗證，確定了加速異響與發動機曲軸扭轉振動相關。根據扭振減振理論，對扭轉減振器進行改進和試驗驗證，以消除車內加速異響。

1 問題工況及排查

1.1 工況分析

為便于排查，分別對空擋加減速工況、三擋全油門工況、2 000 rpm定轉速工況進行主觀評價及測試。車內噪聲測試結果如圖2所示，各工況下400 Hz存在共振帶，主觀評價這三個工況均存在“咕嚕”聲。

圖2 不同工況下車內噪聲測試結果

根據空擋點踩油門工況，可以排除路面激勵及風激勵。因此初步判定，“咕嚕”聲來源于動力總成本體。

1.2 動總振動測試

為確定異響頻段的相關零件，在動力總成上布置加速度傳感器進行測試，布點位置如圖3所示。

圖3 動力總成振動測點示意圖

測試工況與主觀評價工況一致，以D擋模式進行加速，由于測試中使用的傳感器為三向加速度振動傳感器，因此每個測點有X/Y/Z三個方向的結果。根據之前車內噪聲數據的濾波分析，問題點頻段為350～450 Hz，因此測試目的為尋找350～450 Hz最大振動量級的區域。對所有測點對應的該頻段振動量級最大的方向數據進行對比，結果如圖4所示，各個測點在400 Hz附近均有一定的振動能量，從頻譜圖上可得，增壓器、正時罩及右懸置支架能量較高。

圖4 動力總成本體振動測試結果

為了更進一步地分析各振動測點與問題點的相關性，對上述頻譜圖進行頻率切片分析，統計帶寬為（400±50） Hz，結果如圖5所示。從頻率切片的分析結果可以得出，增壓器、右懸置支架及正時罩在該頻段的振動較大，其中振動量級最大的位置為正時罩測點。而這幾個測點均靠近動力總成前端，因此推測異響源與動力總成前端相關，下一步將對動力總成前端進行排查。

圖5 頻率切片分析結果

1.3 附件輪系排查及驗證

動力總成前端主要為附件輪系系統，附件輪系系統如圖6所示，主要包括曲軸扭轉減振器、空調壓縮機、發電機、水泵和皮帶張緊輪。發動機工作時，曲軸通過曲軸皮帶輪及皮帶，將扭矩傳遞到空調壓縮機、發電機及水泵[2]。

圖6 附件輪系系統

為了排除空調壓縮機、發電機、張緊輪及水泵，可以通過拆除附件皮帶的方式進行驗證。但由于拆除了附件皮帶，水泵停止了工作，只能進行短時間的空擋升降速的工況進行驗證。主觀評價該驗證方案，車內“咕嚕”聲基本無變化，因此異響與發電機、空調壓縮機、水泵和張緊輪均無關。

接下來，還需對曲軸皮帶輪進行拆除驗證。由于曲軸皮帶輪通過正時罩與曲軸直接相連，如果直接拆除，機油會從正時罩與曲軸皮帶輪的安裝面流出。因此，為了防止上述現象，保留曲軸皮帶輪的密封部件。曲軸皮帶輪拆除前后對比如圖7所示。

圖7 拆除曲軸皮帶輪前后對比

采用原地空擋加減速工況對該狀態進行試驗驗證。主觀評價車內“咕嚕”聲明顯變大，客觀數據如圖8所示，由圖可見，車內400 Hz附近的噪聲幅值較原狀態有一定升高，見圖2（a）。

圖8 拆除皮帶輪車內噪聲測試結果

曲軸皮帶輪在發動機上的作用除了帶動附件輪系運轉之外，還有降低曲軸扭轉振動的功能[3]。當拆除曲軸皮帶輪，曲軸的扭轉振動得不到衰減，而此時的車內“咕嚕”聲明顯增大，頻率基本沒變化，因此，車內“咕嚕”聲與發動機曲軸扭轉振動相關。

2 曲軸扭轉振動測試及改進

2.1 曲軸扭轉振動測試

整車狀態下測試曲軸扭轉振動所需儀器包括SIMMENS數據采集器、光電編碼器。光電編碼器需要制作測試工裝，編碼器安裝在工裝上，再將工裝安裝到曲軸皮帶輪端面，如圖9所示。

要高度重視豬舍的通風工作，同時豬舍的雜物以及垃圾要定期并及時清理，特別是豬糞便的及時清理，避免滋生以及傳播細菌。

圖9 曲軸扭轉振動測試示意圖

D擋工況曲軸扭轉振動測試頻譜如圖10所示。結果顯示，曲軸扭轉振動頻帶較寬，中心頻率在400 Hz，350～450 Hz均存在曲軸扭轉振動能量。與問題點的車內噪聲測試結果（圖1）具有相同的頻譜特征。因此可以確定，車內加速“咕嚕”聲與曲軸扭振相關。

圖10 曲軸扭轉振動測試結果

通過曲軸扭轉振動測試結果，明確曲軸扭轉振動是引起車內加速“咕嚕”聲的根本原因，因此需采取一定措施降低曲軸扭轉振動。

2.2 曲軸扭轉振動優化

優化曲軸設計，可以有效地降低曲軸扭轉振動[4]。但對于曲軸的設計，早在發動機研發期間就已完成。在整車項目開發過程中，受到成本及周期的限制，如對曲軸重新進行優化，顯然滿足不了整車開發節點。在整車項目上，通常可以通過優化扭轉減振器（Torsional Vibration Damper, TVD），如圖11所示，降低曲軸扭轉振動。

圖11 曲軸扭轉減振器

根據扭振減振原理，曲軸皮帶輪匹配不同的轉動慣量及橡膠扭轉剛度的扭轉減振器，可以有效降低曲軸扭轉振動[5]。在方案選擇過程中，如果重新匹配轉動慣量，則需要對扭轉減振器重新開具模具，成本較高，且需要一定時長的制件周期。通過調節橡膠配方改變橡膠的扭轉剛度，既曲軸皮帶輪的工作頻率，也可以達到降低曲軸扭轉振動的目的，且制件周期較短，成本較低。權衡成本及周期，選擇優化橡膠的扭轉剛度的方式改進曲軸扭轉振動。

原狀態曲軸皮帶輪的工作頻率為360 Hz，在此基礎上制作不同工作頻率的曲軸皮帶輪，如表1所示。

表1 曲軸皮帶輪改進方案

圖12 優化后車內噪聲及扭振測試結果

3 總結

本文針對某乘用車加速異響問題，采用試驗的手段進行排查及優化。首先對問題點的現象及發生工況進行主觀評價及客觀測試，明確了350～450 Hz為異響頻段。其次，通過測試動力總成本體振動及拆除零部件的方式驗證，明確了加速異響與曲軸扭轉振動相關。最終，通過改進曲軸扭轉減振器的工作頻率，降低曲軸扭轉振動，消除了車內加速異響。