許寬林，邵文彬，朱聯(lián)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(zhuǎn)向泵噪音優(yōu)化

許寬林，邵文彬，朱聯(lián)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(zhuǎn)向車型原地怠速緩慢打方向過程中，轉(zhuǎn)向泵噪音過大問題，通過臺架及實(shí)車分析，確定噪音類型及產(chǎn)生原因，并制定實(shí)施了有效的噪音優(yōu)化方案。同時(shí)通過噪音優(yōu)化過程，為后續(xù)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH設(shè)計(jì)總結(jié)有效的設(shè)計(jì)方案。

液壓助力轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jià)車輛好壞的重要指標(biāo)之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為整車重要的組成部分和安全件，其設(shè)計(jì)不僅需要考慮結(jié)構(gòu)功能方面，NVH方面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化也愈發(fā)重要。如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(dān)憂，因此對車輛的安全性產(chǎn)生懷疑。所以，優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH方面的問題勢在必行。本文主要針對某液壓助力轉(zhuǎn)向乘用車市場反饋的在發(fā)動機(jī)怠速工況下，原地緩慢打方向盤，在駕駛室內(nèi)能聽見明顯的“嗡嗡”響，經(jīng)過原因分析和排查，最終通過對高壓油管結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，有效的解決了該噪音問題，并成功的實(shí)施到整車上，消除了顧客的抱怨。

1、原地怠速轉(zhuǎn)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(jìn)行初步排查，確認(rèn)該問題車不存在轉(zhuǎn)向泵損壞、滲油等質(zhì)量問題，主觀評價(jià)發(fā)現(xiàn)此“嗡嗡”聲不僅在緩慢打方向盤的過程中出現(xiàn)，在不打方向盤的工況下，同樣能夠聽到稍小一點(diǎn)的“嗡嗡”聲，同時(shí)發(fā)現(xiàn)此“嗡嗡”聲與處于發(fā)艙內(nèi)部轉(zhuǎn)向泵工作噪音非常類似。結(jié)合該車型使用的轉(zhuǎn)向泵工作原理（常流式十葉片轉(zhuǎn)向泵），初步鎖定問題車噪音源為轉(zhuǎn)向泵。

（2）進(jìn)行整車的噪音測試，在駕駛室內(nèi)人耳處布置麥克風(fēng)傳感器，啟動發(fā)動機(jī)后，緩慢打方向盤，采集并整理噪音數(shù)據(jù)，如下圖1所示；

根據(jù)整車噪音測試結(jié)果分析可知，在428Hz頻率范圍內(nèi)整車噪音出現(xiàn)最大值，在284Hz頻率范圍內(nèi)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(jì)算轉(zhuǎn)向泵所發(fā)出的噪音基頻頻率，根據(jù)該車型使用的十葉片式動力轉(zhuǎn)向泵工作原理，噪音基頻計(jì)算公式具體如下；

其中：

f——脈動噪音基頻，單位Hz；

n——發(fā)動機(jī)怠速時(shí)動力轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速，單位r/min。

該問題車型發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為750r/min，轉(zhuǎn)向泵與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速比為1.13，可知轉(zhuǎn)向泵工作噪音基頻為141.25Hz。

對比轉(zhuǎn)向泵工作噪音基頻頻率發(fā)現(xiàn)，該問題車輛噪音峰值出現(xiàn)的頻率范圍與轉(zhuǎn)向泵工作噪音基頻成倍數(shù)關(guān)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(zhuǎn)向泵。

（4）為最終確認(rèn)該問題噪音源為轉(zhuǎn)向泵，將發(fā)動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵皮帶卸下（此時(shí)轉(zhuǎn)向泵不工作，轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向手力很大），發(fā)現(xiàn)此種條件下不打方向盤或緩慢打方向盤時(shí)，噪音均消失，最終可以確定該車型出現(xiàn)的怠速緩慢打方向“嗡嗡”響，其噪音源為轉(zhuǎn)向泵。

1.2噪音原因分析

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

再根據(jù)1.1節(jié)排查問題車時(shí)的車輛狀態(tài)，可初步將具體原因鎖定在是以下兩方面：一可能是轉(zhuǎn)向泵本身工作噪音過大；二可能是作為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要消音機(jī)構(gòu)的高壓油管軟管長度不足以及其內(nèi)部降噪管長度數(shù)量沒有匹配好，導(dǎo)致高壓油管對轉(zhuǎn)向泵工作噪音的消弱效果差。

通過臺架模擬測試轉(zhuǎn)向泵工作噪音，對比同平臺幾款車型（轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向泵工作噪音，具體如下表1所示：

表1　轉(zhuǎn)向泵工作噪音對比結(jié)果Tab.1　the results of noise test for deferent steering pump

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析可知，問題車與其他同平臺無類似問題車型轉(zhuǎn)向泵工作噪音基本相當(dāng)，可基本排除噪音產(chǎn)生的原因是轉(zhuǎn)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(chǎn)生的原因是由于高壓油管消弱轉(zhuǎn)向泵工作噪音的效果差導(dǎo)致的。

2、制定優(yōu)化措施

2.1高壓油管消弱轉(zhuǎn)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(nèi)部有一段或若干段降噪管（部分內(nèi)部還有節(jié)流閥），高壓油管的降噪作用就是通過高壓軟管以及其內(nèi)部的降噪管實(shí)現(xiàn)的。主要分為以下兩個(gè)方面：

（1）動力轉(zhuǎn)向液流經(jīng)高壓軟管時(shí)，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(nèi)部降噪管可以通過反射激發(fā)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(dá)到減小噪音的效果。

2.2制定優(yōu)化方案

根據(jù)高壓油管消弱轉(zhuǎn)向泵工作噪音的原理可以從以下兩個(gè)方面制定優(yōu)化方案：

（1）增長高壓軟管長度；

（2）匹配合適數(shù)量、長度及位置的降噪管，在確定降噪管長度時(shí)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shù)（通常為10左右）；

c——?jiǎng)恿D(zhuǎn)向液經(jīng)過降噪管時(shí)的流速；

L——降噪管長度。

由于高壓油管周邊環(huán)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(jì)7種方案，具體如下所示：

表2　具體優(yōu)化方案Tab.2　the concrete optimum proposal

3、整改效果確認(rèn)

3.1針對優(yōu)化方案進(jìn)行臺架噪音測試

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

表3　優(yōu)化方案在對應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，4、5、6、7號方案轉(zhuǎn)向泵工作噪音的消弱效果在286Hz及428Hz兩個(gè)頻率范圍內(nèi)均優(yōu)于0號方案，且5號方案，臺架噪音測試曲線更平穩(wěn)，對脈動噪音的消弱效果最好。

3.2針對優(yōu)化方案進(jìn)行實(shí)車噪音測試

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

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

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

3.3針對優(yōu)化方案進(jìn)行實(shí)車主觀評價(jià)

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

表5　主觀評價(jià)分值Tab.5　Subjective evaluation scroe

通過專家主觀評價(jià)打分結(jié)果，可知不論是否打方向盤，優(yōu)化方案5均能夠有效降低駕駛室內(nèi)人耳采集到的轉(zhuǎn)向泵工作噪音，使噪音水平處于可接受范圍內(nèi)。

4、結(jié)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(jìn)行分析和排查，最終確認(rèn)問題根源是高壓油管對轉(zhuǎn)向泵噪音的消弱效果差。針對改問題根源進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化整改，經(jīng)試驗(yàn)室臺架噪音測試和整車噪音測試及主觀評價(jià)，優(yōu)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(shí)在整改優(yōu)化過程中總結(jié)了以下經(jīng)驗(yàn)，可以為后續(xù)液壓助力車型開發(fā)提供借鑒意義：

（1）在設(shè)計(jì)高壓油管時(shí)，其軟管長度應(yīng)盡可能長，這樣消弱轉(zhuǎn)向泵工作噪音的效果更明顯；

（2）在布置高壓軟管內(nèi)部降噪管時(shí)，最好采用兩段式，且長度可以根據(jù)文中經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，同時(shí)兩段降噪管長度比例最好成整數(shù)倍關(guān)系。

5、參考文獻(xiàn)

[1]程飛、鄧飛等.動力轉(zhuǎn)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(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)噪音的分析.裝備制造技術(shù)[J].2012.

[4]姚群飛.轎車動力轉(zhuǎn)向泵脈動噪音優(yōu)化.裝備制造技術(shù)[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(shè)計(jì)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。