呂運(yùn)川，郭德亮

（眾泰汽車工程研究院，浙江 杭州 310000）

前言

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多車企基于整車成本壓力仍采用液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS），HPS 性能的好壞不僅直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性還對(duì)整車駕駛舒適性產(chǎn)生較大影響。另外，隨著國(guó)內(nèi)行業(yè)NVH 性能整體水平的不斷提升，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲逐漸成為整車備受關(guān)注的關(guān)鍵NVH 性能之一，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下液壓系統(tǒng)的嘯叫噪聲使乘客心理產(chǎn)生煩躁不適感，其嚴(yán)重程度會(huì)影響到車型上市和企業(yè)品牌的質(zhì)量口碑。

本文結(jié)合實(shí)例某SUV 車型在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速行駛時(shí)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)明顯“嗚嗚”嘯叫噪聲。采用斷開(kāi)排除、濾波分析和階次切片分析方法確定了轉(zhuǎn)向油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾為噪聲傳遞的主要路徑。通過(guò)優(yōu)化油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)，有效降低嘯叫10.6dB(A)，主觀車內(nèi)HPS 噪聲達(dá)到7.0 分水平。

1 問(wèn)題描述

某SUV 車型小油門(mén)加速800rpm～1300rpm 車內(nèi)出現(xiàn)明顯“嗚嗚”嘯叫噪聲。主觀評(píng)價(jià)5.0 分不能接受，且聲音令人產(chǎn)生煩躁感。

2 原因分析

為了分析問(wèn)題產(chǎn)生原因，首先確定“嗚嗚”嘯叫階次。在消音室定義車輛測(cè)試工況模擬整車低速行駛，定義的工況為定置P 檔，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試轉(zhuǎn)速為750rpm～3000rpm 升速，緩踩油門(mén)，每次油門(mén)開(kāi)度一致。從圖1 采集到的車內(nèi)噪聲彩色頻譜圖可知750rpm～1800rpm 區(qū)間12.8 階階次能量突出，用LMS 后處理Replay & Filter 模塊濾波回放，濾掉12.8 階后車內(nèi)“嗚嗚”嘯叫消失，由此可斷定嘯叫階次為12.8 階。圖1橫坐標(biāo)頻率為225Hz 時(shí)縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1054rpm，由發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)附件泵工作頻率計(jì)算公式(1)可以求出附件泵的傳動(dòng)比i。

圖1 車內(nèi)駕駛員右耳colormap 圖

發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)附件泵工作頻率的計(jì)算公式如下：

式中：f 為附件泵的工作頻率；k 為簡(jiǎn)諧次數(shù)；npump為附件泵的葉片數(shù)；nengine為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，i 為泵的傳動(dòng)比。

本車型SUV 液壓轉(zhuǎn)向泵的傳動(dòng)比1.28，泵的葉片數(shù)為10 片，將工作頻率225Hz，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1054rpm 以及泵的葉片數(shù)10 代入公式（1）可以求出i 為1.28，由此初步推斷“嗚嗚”嘯叫聲是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲。

為了進(jìn)一步確定噪聲源，用斷開(kāi)法將液壓轉(zhuǎn)向泵皮帶拆除，隔離轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作。同時(shí)采用階次切片分析方法將12.8階噪聲從colormap 圖中提取出來(lái)進(jìn)行針對(duì)性的階次噪聲分析。如圖2，拆除皮帶后車內(nèi)12.8 階噪聲大幅下降，由此可以斷定“嗚嗚”嘯叫聲是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲。

圖2 原狀態(tài)與拆掉皮帶后車內(nèi)12.8 階噪聲對(duì)比

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常常趨向引起嚴(yán)重的噪音。主要的噪音源通常是泵，閥也是個(gè)噪音源。噪音源通常分為三類：空氣傳播噪音（ABN）、結(jié)構(gòu)傳播的噪音（SBN）、流體傳播的噪音（FBN）[1]。

其中ABN 與泵的本體輻射噪聲和整車的前圍隔聲量有關(guān)。SBN 其主要傳播路徑有①高低壓管路與車身或副車架的連接點(diǎn)。②轉(zhuǎn)向油壺支架車身安裝點(diǎn)。③發(fā)動(dòng)機(jī)懸置：液壓轉(zhuǎn)向泵和發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置一起安裝在車體或車架上，然后傳遞到車身上[2]。④通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向管柱傳遞到方向盤(pán)。⑤通過(guò)空調(diào)高低壓管以及暖風(fēng)水管傳遞到HVAC，HVAC 傳遞到CCB 橫梁，橫梁再通過(guò)安裝點(diǎn)傳遞到車身結(jié)構(gòu)上。FBN 是液體中的壓力波動(dòng)，它是SBN 的一個(gè)主要來(lái)源，從而也是ABN 的主要原因。FBN 可以沿著液壓管路傳播很遠(yuǎn)。

本文主要從SBN 這個(gè)主要傳遞路徑進(jìn)行排查和制定優(yōu)化方案。運(yùn)用斷開(kāi)法，將高低壓管路隔震管夾的安裝點(diǎn)逐個(gè)斷開(kāi)排查貢獻(xiàn)最大的隔震管夾。通過(guò)以上方法確定了高壓管路與轉(zhuǎn)向機(jī)本體連接的隔震管夾對(duì)12.8 階嘯叫貢獻(xiàn)最大。

圖3 高壓管路隔震管夾斷開(kāi)噪聲改善效果圖

如圖3，高壓管路隔震管夾斷開(kāi)后1000rpm 左右12.8 階噪聲峰值降低10.5dB(A)。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)斷開(kāi)油壺安裝支架，750rpm～2000rpm 區(qū)間聲壓級(jí)都有不同程度改善，且都滿足目標(biāo)值曲線33.0dB(A)，見(jiàn)圖4。

圖4 油壺安裝支架斷開(kāi)噪聲改善效果圖

3 整改措施及方案驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)液壓轉(zhuǎn)向噪聲傳遞路徑進(jìn)行分析，得出高壓管路隔震管夾和油壺安裝支架是嘯叫主要的傳遞路徑。因此對(duì)高壓管隔震管夾進(jìn)行優(yōu)化，見(jiàn)圖5（左圖）原隔震橡膠結(jié)構(gòu)單一無(wú)特殊降噪結(jié)構(gòu)特征、隔震性能有限、性能不穩(wěn)定。優(yōu)化后的管夾見(jiàn)圖5（右圖），固定支架牢靠、膠塊鋸齒與高壓管的接觸面積小，管路振動(dòng)具有彈性緩沖空間，不存在原狀態(tài)隔震橡膠因螺絲安裝扭矩過(guò)度和高壓管裝配公差帶來(lái)的擠壓變形問(wèn)題，性能更穩(wěn)定，具有突出的隔震降噪效果，能有效降低管路傳遞到副車架和車身的振動(dòng)，顯著降低車內(nèi)轉(zhuǎn)向嘯叫噪音。

圖5 高壓管隔振管夾優(yōu)化圖

圖6 轉(zhuǎn)向油壺支架優(yōu)化圖

圖7 優(yōu)化前后車內(nèi)12.8 階聲壓級(jí)對(duì)比圖

原狀態(tài)轉(zhuǎn)向油壺支架三個(gè)安裝點(diǎn)比較集中，油壺處于懸臂狀態(tài)，支架下端的隔震墊處在壓縮狀態(tài)不利于隔震。優(yōu)化后的油壺支架，見(jiàn)圖6（右圖）安裝點(diǎn)均勻使每個(gè)安裝點(diǎn)受力接近均勻。

優(yōu)化油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾能有效降低12.8 階嘯叫10.6dB(A)，見(jiàn)圖7。主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)HPS 噪聲達(dá)到7.0 分水平。

4 結(jié)論

本文以某SUV 車型在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速行駛時(shí)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)明顯“嗚嗚”嘯叫噪聲為例。采用斷開(kāi)排除、濾波分析和階次切片分析方法確定了轉(zhuǎn)向油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管管夾隔震不足為噪聲傳遞的主要路徑。通過(guò)優(yōu)化油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)，有效降低嘯叫10.6dB(A)。