覃海峰 李露露 穆建華
摘 要:本文基于LMS公司的LMS Test. Lab平臺(tái),對(duì)某汽油機(jī)進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)試。通過(guò)一米聲壓級(jí)測(cè)試及聲學(xué)相機(jī)測(cè)試,初步判斷噪聲源位置.通過(guò)振動(dòng)測(cè)試進(jìn)一步確認(rèn)噪聲源位置位于前端蓋正時(shí)鏈。階次分析確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。為設(shè)計(jì)提供支持依據(jù)。
關(guān)鍵詞:LMS Test.Lab;1m聲壓級(jí);近場(chǎng)聲全息;振動(dòng);優(yōu)化設(shè)計(jì)
隨著汽車(chē)的普及,汽車(chē)的NVH性能越來(lái)越受到人們的關(guān)注。整車(chē)的NVH好壞直接影響駕駛員及乘客的直觀感受,而發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲又是整車(chē)NVH的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲對(duì)整車(chē)噪聲貢獻(xiàn)量較大,正時(shí)系統(tǒng)噪聲是機(jī)械噪聲的一種,具有固定的階次,一般為18~25階,所處的頻率段為2000~4000Hz,是人耳相對(duì)敏感的頻率段,當(dāng)正時(shí)系統(tǒng)的噪聲存在波動(dòng)時(shí),將使人耳的主觀感受更加明顯[1]。本文以某汽油機(jī)存在的嘯叫問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),利用LMS Test.lab軟件對(duì)該汽油機(jī)進(jìn)行一米聲壓級(jí)測(cè)試及聲源定位測(cè)試,初步判斷噪聲源位置,通過(guò)振動(dòng)測(cè)試確定噪聲源位置。對(duì)造成嘯叫故障發(fā)生的可能原因進(jìn)行全面分析,找到問(wèn)題根源并制定相關(guān)改進(jìn)方案。這種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的判斷方法步驟適用于其他部件的噪聲分析。
1 異響檢測(cè)流程
對(duì)于一個(gè)異響問(wèn)題,首先需要確定異響部位,即判斷噪聲源位置。除了主觀的人耳辨別之外,對(duì)于一些無(wú)法明顯判斷的聲源,則要求我們借助更專(zhuān)業(yè)的設(shè)備采集和分析聲音信號(hào),通過(guò)客觀的數(shù)據(jù)去確定噪聲源位置。檢測(cè)的過(guò)程要先大后小,先確定大總成,后判斷機(jī)構(gòu)系統(tǒng),最后再定位相關(guān)具體零部件。確診之后按照由簡(jiǎn)入繁的次序,從零部件質(zhì)量,裝配質(zhì)量,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面一一排查,直到找到異響產(chǎn)生的根本原因[2]。在考慮成本的情況下,再進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
本案例問(wèn)題描述為:1800rpm-3000rpm整車(chē)存在一個(gè)嘯叫聲。本案例的判斷過(guò)程如下:首先通過(guò)整車(chē)離合器分離和嚙合,異響無(wú)變化,排除了變速箱嘯叫的可能。然后通過(guò)臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)1m聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果,判斷出前端面在2000-4000Hz頻率區(qū)域下聲壓值遠(yuǎn)超過(guò)其他面的噪聲。通過(guò)整車(chē)聲源定位相機(jī)拍下該頻率段下發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲云圖集中于發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋位置。主觀聽(tīng)診也初步判斷噪聲源為前端蓋正時(shí)鏈條位置。再對(duì)前端蓋正時(shí)鏈罩蓋位置進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果也證實(shí)異響來(lái)源為前端蓋正時(shí)鏈盒位置。
2 一米聲壓級(jí)測(cè)試
本文嚴(yán)格按照國(guó)家GB/T1859-2000(往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)輻射的空氣噪聲測(cè)量工程法及簡(jiǎn)易法)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)某發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸,采用5個(gè)傳聲器布置測(cè)量表面聲壓級(jí),分別為進(jìn)氣側(cè)、排氣側(cè)、前端面、后端面及頂面。具體如圖2所示。
整機(jī)聲功率可以描述一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲水平。而通過(guò)對(duì)比各個(gè)面的噪聲聲壓值,可以判斷出對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲貢獻(xiàn)最大的位置。
1m聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果如圖3所示,WOT工況下,發(fā)動(dòng)機(jī)前端面的瞬時(shí)聲壓值明顯高于其他位置,在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)相差不大,高轉(zhuǎn)速范圍最高高出5dB左右。
WOT工況下發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲Colormap圖顯示為圖4,在高轉(zhuǎn)速工況下出現(xiàn)高分貝噪聲。而在其他測(cè)試位置沒(méi)有出現(xiàn)高峰值,表明發(fā)動(dòng)機(jī)前端面為發(fā)動(dòng)機(jī)主要噪聲源。
取不同位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行1/3倍頻程分析,在3150Hz的頻帶出現(xiàn)峰值,前端噪聲高于其他面噪聲,見(jiàn)圖5。
3 聲學(xué)相機(jī)測(cè)試
聲學(xué)相機(jī)即麥克風(fēng)陣列,它由多個(gè)麥克風(fēng)按照一定規(guī)律排列,通過(guò)陣列信號(hào)處理方法(如波束形成、beamforming)生成聲音在一個(gè)平面上的聲壓級(jí)分布,以彩色等高線(xiàn)圖的方式實(shí)現(xiàn)聲音的可視化,通過(guò)照片或視頻的方式顯示被測(cè)物的聲音分布。聲學(xué)相機(jī)可用于聲源定位,異音異響測(cè)試和軌跡追蹤定位等。
為進(jìn)一步確認(rèn)噪聲源位置,采用近場(chǎng)聲全息法對(duì)搭載在整車(chē)上的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。加速工況下,聲學(xué)相機(jī)定位云圖如圖6所示。高分貝噪聲主要集中在前端面上鏈傳動(dòng)系統(tǒng)蓋板位置。與1m聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果符合。表明鏈傳動(dòng)系統(tǒng)蓋板位置是噪聲源源頭,從而確定了該噪聲源具體位置。
4 振動(dòng)噪聲測(cè)試
為進(jìn)一步驗(yàn)證正時(shí)鏈罩蓋位置是主要的噪聲源,在正時(shí)罩蓋位置加速度傳感器做振動(dòng)試驗(yàn)。振動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果顯示,在3150Hz頻帶范圍正時(shí)罩蓋振動(dòng)測(cè)試結(jié)果也存在一個(gè)極高峰值。振動(dòng)測(cè)試的測(cè)試結(jié)果與1m聲壓測(cè)量數(shù)據(jù)得出結(jié)論一致。因此推斷正時(shí)鏈系統(tǒng)存在噪聲問(wèn)題,見(jiàn)圖7。
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)嘯叫聲采樣,嘯叫噪聲colormap如圖8所示,經(jīng)階次分析發(fā)現(xiàn)18,36,54,72階次噪聲明顯,并且在1800-3000rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)存在由階次引發(fā)的寬頻噪聲。對(duì)寬頻濾波后嘯叫聲消失。
在整車(chē)的振動(dòng)測(cè)試中,前端蓋上測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)艙噪聲測(cè)試結(jié)果相接近,正時(shí)罩蓋鏈系統(tǒng)階次較明顯,且在800Hz及3000HZ附近存在共振帶,見(jiàn)圖9。
判定為18階及其諧次帶來(lái)的寬頻噪聲。正時(shí)鏈條的齒數(shù)與問(wèn)題階次相同,為18齒鏈條。因此處理此嘯叫問(wèn)題需要從正時(shí)鏈條著手。
現(xiàn)考慮兩種方案對(duì)正時(shí)鏈條進(jìn)行優(yōu)化。方案一:采用低剛度的張緊器去降低正時(shí)鏈條張緊力。方案二:用隨機(jī)鏈輪代替普通鏈輪,增大正時(shí)鏈條張緊力,見(jiàn)圖10,圖11。
兩種方案,都是通過(guò)改變張緊力的大小,可以改變整個(gè)正時(shí)鏈系統(tǒng)的固有頻率。從而使共振帶避開(kāi)階次線(xiàn)。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文利用LMS測(cè)試系統(tǒng)對(duì)某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)嘯叫問(wèn)題進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)試,初步判斷了主要噪聲源位于發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋位置,由大及小的將問(wèn)題源頭確定為正時(shí)鏈條位置,以某四缸機(jī)為試驗(yàn)樣本,建立發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲源識(shí)別試驗(yàn)流程。該流程基于一米聲壓級(jí)噪聲測(cè)試,近場(chǎng)聲全息法和振動(dòng)試驗(yàn)法能準(zhǔn)確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈系統(tǒng),能夠找到噪聲值突出頻段,為分析正時(shí)鏈條系統(tǒng)振動(dòng)噪聲產(chǎn)生原因提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。證明了嘯叫是由18階及其諧次與共振帶耦合引起的。后制定兩種方案對(duì)該異響進(jìn)行優(yōu)化解決。具體效果需后續(xù)跟進(jìn)驗(yàn)證,本文旨在提出一種異響的解決方法,可適用于發(fā)動(dòng)機(jī)其他關(guān)鍵部件的異響診斷,可以快速、有效、準(zhǔn)確的分析出異響產(chǎn)生的原因。
參考文獻(xiàn):
[1]鄭志強(qiáng),周岳康,孔毅,彭煒琳.某小型汽油機(jī)正時(shí)鏈條異響的分析及改進(jìn)[J].內(nèi)燃機(jī),2011(02):39-42.
[2]奚佳欣.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈系統(tǒng)噪聲源識(shí)別及振動(dòng)噪聲特性研究[D].吉林大學(xué),2015.