張欣亮 崔曉敏

摘要：汽車的不斷振動會造成車身及懸掛系統(tǒng)的疲勞破壞，也會對人的健康造成威脅，因此減振降噪、提高車輛的NVH性能應當成為車輛開發(fā)中加強關注與研究的部分。特別是近段時期，隨著我國汽車工業(yè)的不斷進步，舒適性逐漸成為現(xiàn)代汽車的一個重要衡量指標。隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息時代的來臨，各個公司的上下游供應商和主機廠之間的合作不斷深化發(fā)展，交流日益加深，大多數(shù)的汽車企業(yè)之間的安全性和操作性水平差距在不斷縮小，相對而言，汽車使用中的舒適性能即振動和噪聲的水平往往成為區(qū)分汽車水平的關鍵指標。本文筆者結合自身的實踐工作經(jīng)驗及前人的研究成果簡要分析了提高發(fā)動機NVH測試有效性的內(nèi)容。

關鍵詞：發(fā)動機；NVH測試；有效性

1引言

經(jīng)濟水平的快速發(fā)展使人們對汽車的性能要求也越來越高，人們從最初的追求單純性價比到現(xiàn)在高度重視汽車的NVH（Noise噪聲、Vibration振動、Harshness聲振粗糙度）水平。所以，在汽車NVH綜合測試評價過程中，尋找一種能夠方便快捷的進行汽車NVH測試評價的方法，準確的進行汽車NVH數(shù)據(jù)測量，快速的對測量數(shù)據(jù)實施評價已經(jīng)勢在必行。

2發(fā)動機噪聲產(chǎn)生機理

2.1燃燒噪聲產(chǎn)生機理

汽油發(fā)動機在正常工作時，燃燒柔和，噪聲比較小，但是當發(fā)生爆燃和表面點火不正常燃燒時，會產(chǎn)生較大的噪聲。當氣缸內(nèi)的混合氣壓力和溫度過高時，火花塞還沒有點燃混合氣，混合氣就會自行燃燒，使得燃燒火焰以高于正常的燃燒速度向外傳播，產(chǎn)生尖銳的敲缸聲，這就是爆燃現(xiàn)象。產(chǎn)生爆燃的原因主要有以下幾種：（1）積碳過多。發(fā)動機燃燒室內(nèi)的積碳過多會造成缸內(nèi)容積減小，使氣缸壓縮比增大，容易使混合氣提前燃燒；（2）發(fā)動機過熱。當發(fā)動機長期處于超負荷、大功率條件下運轉(zhuǎn)時，容易造成發(fā)動機過熱，過熱的發(fā)動機會提前預熱混合氣，造成局部混合氣溫度過高，提前到達著火點，自行燃燒，從而引發(fā)爆燃；（3）燃油質(zhì)量不高。如果發(fā)動機使用了存放很久的汽油或長時間無密封的汽油，汽油的辛烷值會降低，容易燃燒不完全，使得先點燃的混合氣膨脹壓縮未點燃的混合氣，使其自燃，產(chǎn)生爆燃。

2.2機械噪聲產(chǎn)生機理

發(fā)動機的氣體壓力和曲柄連桿的往復性慣性力會使運動部件產(chǎn)生沖擊和振動而發(fā)出噪聲，這個噪聲就稱為機械噪聲。其中，機械噪聲包括活塞敲擊噪聲、齒輪傳動噪聲、正時皮帶噪聲、配氣機構噪聲、高壓油泵噪聲等。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，機械噪聲被其他噪聲所掩蓋，不是主要的噪聲貢獻源，但是當發(fā)動機高速轉(zhuǎn)動時，機械噪聲是主要的噪聲源。文章簡要分析其中的兩種：活塞敲擊噪聲，由于活塞與缸套之間不可避免的存在間隙，當活塞運動到上、下止點時，連桿與活塞的相對位置發(fā)生變化，周期性側(cè)向力施加于活塞，使活塞與氣缸內(nèi)壁發(fā)生敲擊，從而產(chǎn)生敲擊噪聲。齒輪傳動噪聲，發(fā)動機的正時齒輪不可避免地存在齒間敲擊和齒間摩擦，從而使齒輪產(chǎn)生齒間的嚙合振動和噪聲。并且由于齒輪在加工制造誤差或安裝誤差的影響，相互嚙合齒輪間形成較大的齒側(cè)間隙，造成非線性的振動和沖擊噪聲。齒輪在交變載荷的作用下，會對軸造成交變的沖擊，最終將交變的負荷施加在軸承上，從而引起發(fā)動機殼體的交變振動，產(chǎn)生噪聲，輻射到機體外。

3發(fā)動機NVH試驗概述

為了建立發(fā)動機NVH評價方法，需要對發(fā)動機的振動和噪聲來進行評價。因此，首先需要對發(fā)動機的振動和噪聲進行正確測試，獲取到能真實反映發(fā)動機聲振情況的數(shù)據(jù)，才能對發(fā)動機的NVH性能進行準確評價。通常發(fā)動機的試驗包括一米聲壓級/聲功率級測試、聲品質(zhì)測試、燃燒噪聲測試、近場噪聲測試、發(fā)動機整機振動測試、發(fā)動機零部件振動測試。課題所建立的發(fā)動機NVH性能評價方法是為了反映發(fā)動機的整體NVH性能水平，因此需要針對發(fā)動機的整機噪聲和整機振動來劃分評價指標，涉及的試驗為發(fā)動機一米聲壓級/聲功率級測試和發(fā)動機整機振動測試。并且為了排除整車上其他部件對發(fā)動機噪聲和振動測試的影響，反映出真實的發(fā)動機噪聲和振動水平，特此在標準的發(fā)動機半消聲室臺架上進行發(fā)動機的各項試驗。

4發(fā)動機NVH測試的影響因素及提升有效性的策略

4.1生產(chǎn)機型差異對振動測試的影響

不同機型的NVH情況會因為技術參數(shù)、正時信號、裝配零部件差異存在不同。測試時，外載NVH測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的機型調(diào)用完全依賴冷試測試系統(tǒng)端發(fā)送的機型識別碼。在設備運行前期會出現(xiàn)機型識別不全，或者分類不當導致的測試故障率高的情況。例如同一排量的機型，但是安裝不同種類的凸輪軸，則振動值也會存在差異，所以需要進行合理的機型區(qū)分。如下圖1所示，藍色為A機型、綠色為B機型，A、B為同排量同系統(tǒng)的發(fā)動機，紫色曲線為限值曲線，可知，在某工況下，測試的結果存在角度差異，測試存在測試某種機型時故障率驟升的現(xiàn)象，通常存在A好、B不好，或者B號，A不好的矛盾現(xiàn)象，通過對比發(fā)現(xiàn)，兩種機型唯一區(qū)別就是安裝了不同的排氣凸輪軸，區(qū)分因素包括但不限于凸輪軸種類、機型種類、正時角度等。

4.2冷試排氣測試對NVH測試的影響

根據(jù)一般冷試測試排氣壓力原理，在測試過程中，會關閉排氣通道，通過壓力傳感器檢測。此過程中排氣通道會接受活塞上行壓縮氣流的不穩(wěn)定的沖擊力，此沖擊力產(chǎn)生的振動會影響到NVH評估。所以，將排氣和其他測試步驟設置在同一測試工況中會影響到NVH測試在該步驟的穩(wěn)定性，所以在設置NVH測試工況時應考慮到排氣的影響。上圖2中顯示的是某測試工況時長跨越了進氣、排氣2個步驟，因排氣振動的影響，導致了測試故障率過高，表現(xiàn)為NVH測試此工況的故障率明顯高于其他工況。進行測試時長縮短，避免排氣測試的振動影響，得到合理的測試時長。

4.3NVH測試不能完全依賴系統(tǒng)限值評估

在實際應用中，我們通過故障模擬機測試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)生成的限值對此故障的檢出并不理想，這與限值生成的方式有關，例如系數(shù)的不同，會導致限值與實際測試值的距離不一致，會存在過高或者過低的問題。而經(jīng)過分析測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，此類故障與實際測試值存在差異，所以可以增加一條人工調(diào)整的限值補充評估標準。紅色曲線為單一評估參數(shù)，利用此參數(shù)可區(qū)別出故障機與正常機。此參數(shù)在一個工作周期720°內(nèi)隨角度變化的值，需要在后期利用故障模擬、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等方式進行修正。

5結束語

當下，汽車已經(jīng)成為陸地交通上最主要的、最普遍的交通工具，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對于汽車的需求已經(jīng)不僅僅滿足于代步出行，對汽車的各方面性能都提出了更高的要求。車輛的振動噪聲主要來自于發(fā)動機、路面及空氣的流動，對于發(fā)動機怠速及車輛中低速情況下行駛的車輛，振動及結構噪聲的主要貢獻源均為發(fā)動機，所以在常用工況下由發(fā)動的振動激勵引起的振動噪聲尤其需要重視，文章正是以此為基礎進行了簡要的分析。

參考文獻

[1]鄭權，李寶星，翁春生，白橋棟.雙波對撞模態(tài)下的液態(tài)燃料旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動機推力測試研究[J].兵工學報，2017，3804：679-689.

（作者單位：長城汽車股份有限公司；

河北省汽車工程技術研究中心）