石坤，蘇衛(wèi)東，陳學(xué)宏

(亞普汽車部件股份有限公司，江蘇揚州 225009)

0 引言

隨著汽車技術(shù)的逐步發(fā)展，客戶對汽車舒適性要求越來越高，而噪聲水平是反映汽車綜合質(zhì)量最直觀的因素之一，提高汽車的噪聲水平可有效改善汽車整體舒適性。而隨著整車動力及傳動系統(tǒng)改善，PHEV、HEV等新能源汽車的推廣普及，燃油晃動噪聲將成為整車噪聲的主要影響因素之一[1-2]。汽車在啟停狀態(tài)下，由于汽車速度的大幅度變化，燃油箱晃動噪聲問題在一定程度上被放大，成為影響汽車舒適性較為突出的因素之一[3]，而解決燃油晃動噪聲成為降低整車噪聲的關(guān)鍵。目前，常用的降噪方法主要有在箱體內(nèi)部增加防浪板或提高燃油箱剛度等手段，但在汽車降本增效、輕量化要求等新背景下，傳統(tǒng)單一的降噪方法已不能完全滿足客戶的需求。

針對上述問題，從噪聲產(chǎn)生的機制入手，提出了一種新的汽車燃油箱晃動噪聲降噪方法。其用途主要有以下兩個方面：(1)以打破箱體內(nèi)部局部空腔產(chǎn)生的噪聲;(2)阻止燃油直接撞擊箱體，從而降低噪聲。本文作者將該方法進行了噪聲試驗，并與傳統(tǒng)降噪方案進行了對比試驗，以驗證其降噪效果。從試驗結(jié)果來看，該燃油箱降噪方法效果明顯，在輕量化、低成本、可制造性方面較傳統(tǒng)降噪方法有一定的優(yōu)勢。為設(shè)計、開發(fā)解決噪聲問題提供技術(shù)支持，達到降低成本、縮短開發(fā)周期的目的。

1 燃油晃動噪聲問題分析

燃油系統(tǒng)新開發(fā)項目在整車路試過程中，燃油晃動產(chǎn)生的噪聲較為明顯，隨后，在噪聲實驗室對燃油系統(tǒng)進行了獨立的晃動試驗，試驗結(jié)果表明：在剎車過程中確實能聽到明顯的燃油晃動產(chǎn)生的噪聲，據(jù)試驗結(jié)果判斷出產(chǎn)生噪聲的位置主要集中在油箱拐角處，由于燃油在形成的局部密閉空腔晃動產(chǎn)生。

針對這一問題，文中進行了原因分析，并嘗試了放置防浪板的傳統(tǒng)降噪方法。噪聲結(jié)果雖有一定程度地降低，但依舊不能滿足當前的降噪需求。于是提出了放置新型防浪板與改善箱體結(jié)構(gòu)并行的降噪方案，文中對這一降噪方案進行了試驗驗證，并與傳統(tǒng)的降噪方案進行了對比分析。

解決晃動噪聲問題主要從兩方面入手，一是盡可能減少噪聲的產(chǎn)生，二是從傳遞路徑上削弱噪聲的傳遞，以下從這兩方面進行相關(guān)影響因素的分析[4]。圖1為燃油系統(tǒng)固定模型。

圖1 燃油系統(tǒng)固定模型

1.1 噪聲影響因素分析

1.1.1 加速度

加速度是產(chǎn)生燃油晃動噪聲最主要的因素，在汽車起動、剎車時，由于加速度的改變導(dǎo)致燃油晃動加劇，汽油高速碰撞油箱內(nèi)壁或箱體內(nèi)置件，從而產(chǎn)生晃動噪聲。圖2為加速度隨時間變化曲線。

圖2 加速度隨時間變化曲線

1.1.2 綁帶

燃油箱通過綁帶固定在汽車底盤，燃油晃動產(chǎn)生的噪聲通過綁帶傳遞到汽車車身，進而傳遞至駕駛室。剛性較好的綁帶在一定程度上可以減弱箱體振動，降低噪聲的傳遞，如圖3所示。

圖3 綁帶

1.1.3 減振墊

減振墊處于燃油箱與汽車底盤之間，既起到減小振動的作用，又可對燃油箱體進行一定的限位，如圖4所示。燃油晃動噪聲一部分在傳播時通過減振墊傳進駕駛室。減振墊由于其特殊的物理屬性及結(jié)構(gòu)，能部分隔絕燃油箱本體與車身之間噪聲、振動的傳遞，在傳播途徑上可以降低燃油晃動噪聲[4]。

圖4 減振墊

1.1.4 箱體結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)方面，對晃動噪聲影響較大的因素主要有壁厚、材料阻尼、哈夫線、內(nèi)置立柱(圖5)、箱體剛度等。

圖5 內(nèi)置立柱

箱體剛度可以反映箱體的振動性能，改善箱體剛度對提高燃油系統(tǒng)噪聲水平有至關(guān)重要的作用。目前主要采取的措施主要是在箱體表面增加倒三角結(jié)構(gòu)、加強筋結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 箱體結(jié)構(gòu)

1.1.5 防浪板

在箱體內(nèi)放置防浪板是當前解決晃動噪聲問題最為常用的方法，它能從源頭上抑制噪聲的產(chǎn)生。設(shè)置防浪板后，流體運動方向和速度發(fā)生改變，速度差引起油液內(nèi)能損失；同時，由于流體運動方向發(fā)生改變，導(dǎo)致流場阻滯現(xiàn)象的產(chǎn)生，引起能量損耗[5]。

防浪板主要分為吹塑式防浪板、焊接式防浪板、裝配式防浪板等。

吹塑式防浪板在箱體生產(chǎn)過程中一體成型，是箱體本體的一部分，該防浪板既可以減少后期的焊接工藝，又可以降低燃油系統(tǒng)的碳氫排放，但其對吹塑成型工藝、布置位置有一定的技術(shù)要求,如圖7所示。

圖7 吹塑式防浪板

焊接式防浪板是在箱體成型過程中進行焊接的成型工藝，對整個焊接過程中的焊接精度有較高的要求，是用于解決晃動噪聲的方法之一，如圖8所示。

圖8 焊接式防浪板

裝配式防浪板，安裝方便，不需要后期進行二次焊接，其安裝位置與防浪板尺寸容易受到箱體結(jié)構(gòu)的影響，具有一定的局限性，但它卻是可供選擇的降噪方法,如圖9所示。

圖9 裝配式防浪板

1.2 噪聲傳遞路徑分析

通常情況下，汽車燃油晃動噪聲的傳播途徑(圖10)主要有兩種，即空氣途徑傳播和結(jié)構(gòu)途徑傳播。

圖10 燃油晃動噪聲傳播途徑

1.2.1 空氣傳播

空氣傳播主要是燃油晃動噪聲引起箱體振動，通過空氣振動傳播至駕駛室，再傳至人耳[6]。

1.2.2 結(jié)構(gòu)傳播

結(jié)構(gòu)傳播是晃動噪聲經(jīng)由綁帶和減振墊傳至車身底盤，從而進入駕駛室，傳至人耳。該傳播途徑，綁帶的性能、減振墊的性能對噪聲的傳播效果影響較大，綜合性能良好的綁帶和減振墊有助于減弱燃油晃動噪聲的傳播，對燃油晃動噪聲降噪具有正相關(guān)作用。

2 解決方案

以上分別從噪聲的產(chǎn)生因素及傳播途徑進行了分析，其中防浪板雖然能夠在源頭上預(yù)防噪聲的產(chǎn)生，但該方法卻不能抑制密閉空腔產(chǎn)生的噪聲。

文中提出了一種晃動噪聲降噪方案，可以降低燃油對油箱的碰撞，也可以抑制密閉空腔晃動噪聲的方案，并對該方案進行了試驗驗證。

2.1 試驗設(shè)備

為了降低背景噪聲對試驗結(jié)果影響，故此在半消聲實驗室進行試驗。

2.1.1 臺架

試驗臺架通過重力提供加速度，通過調(diào)整臺架滑臺垂直高度調(diào)節(jié)剎車前的油箱速度，油箱始終保持水平狀態(tài)；臺架在油箱前、左、右和油箱中心上方各有一個麥克風，麥克風與油箱距離均為500 mm，且與油箱時刻保持相對靜止。

2.1.2 箱體

為了盡可能與整車工況保持一致，用尼龍綁帶將箱體固定在臺架上，對燃油箱的水平度也做了相應(yīng)的要求。油箱的前進方向與整車狀態(tài)保持一致。

2.1.3 麥克風

試驗采用了四通道采集的方法，分別在箱體前、左、右和幾何中心正上方放置了麥克風，麥克風的頻率均為48 000 Hz，同時要保證通道間不相互影響。

2.2 噪聲試驗

2.2.1 試驗方法

如圖11所示黑色標記處在晃動噪聲試驗過程中噪聲較為明顯，初步分析是由于晃動過程中形成局部密閉空間引起的噪聲，故將該結(jié)構(gòu)改為箭頭所指結(jié)構(gòu)后進行試驗。

圖11 箱體結(jié)構(gòu)示意

為了驗證該方法的有效性，特增加了空箱晃動試驗、帶防浪板的晃動試驗進行對比。

新的降噪方法主要是將防浪板與改善箱體局部結(jié)構(gòu)綜合運用，避免在箱體拐角處密閉空腔的形成，同時也抑制燃油在晃動時直接打在箱體內(nèi)壁上，從而降低噪聲的產(chǎn)生。

2.2.2 試驗方案

為了驗證該降噪方案的完整性，分別進行了輕剎試驗和中剎試驗，模擬的兩種不同速度下的運動狀態(tài)。

試驗涵蓋從低液位到高液位的噪聲水平，從整車反映的噪聲問題主要在高液位，因此，試驗的液位主要包括25%、50%、70%、80%、90%和100%液位。采集的數(shù)據(jù)主要有箱體晃動壓力和聲壓值兩種，可從不同方面對比分析該方案的降噪水平。

2.3 試驗結(jié)果分析

在試驗時分別采集了油液晃動過程中麥克風的壓力和分貝值，對比兩種參數(shù)的差異水平，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，噪聲較大的時刻主要發(fā)生在6 s之前，因此，試驗結(jié)果時只展示前6 s的試驗數(shù)據(jù)。

2.3.1 晃動壓力

通過圖12可以看出，輕剎狀態(tài)下，新的降噪方案在大部分液位時降噪效果較好，尤其是100%液位，降噪效果表現(xiàn)最好，但在90%液位時降噪效果最差。綜合各液位試驗結(jié)果，新的降噪方案在輕剎狀態(tài)下有效果。

圖12 輕剎試驗壓力結(jié)果

由圖13試驗結(jié)果可以驗證，新的降噪方案在中剎狀態(tài)下的降噪效果要優(yōu)于防浪板方案。其中，在低液位時，油液的晃動空間較大，油液在晃動時先接觸到防浪板，防浪板在一定程度上增大了晃動的阻力，吸收的部分晃動能量，減少了噪聲的產(chǎn)生。在高液位時，防浪板對油液晃動的阻力有一定的減弱，降噪效果也變?nèi)酰乙仔纬擅荛]空腔，避免密閉空腔的形成能明顯降低晃動噪聲。

圖13 中剎試驗壓力結(jié)果

2.3.2 晃動聲壓級

為了盡可能與整車工況保持一致，選取油箱正中心上方的麥克風采集的數(shù)據(jù)作為試驗對比數(shù)據(jù)?？紤]到晃動噪聲最大值出現(xiàn)的時刻，選取前6 s的試驗數(shù)據(jù)作為對比。

如圖14所示，輕剎狀態(tài)下，新的方案降噪效果優(yōu)異，70%液位時效果最為明顯，90%、100%液位時，降噪效果與防浪板方案較為相似，仍具有一定的降噪效果。

圖14 輕剎試驗分貝結(jié)果

如圖15所示，中剎狀態(tài)下低液位時，新降噪方案效果明顯，具有優(yōu)勢；90%、100%時，降噪效果雖表現(xiàn)得與防浪板降噪方案相近，但對噪聲最大值的削弱作用較大，整體的降噪效果要優(yōu)于傳統(tǒng)防浪板方案。

從試驗結(jié)果可以看出，無論從壓力還是從分貝方面對比新的降噪方案與防浪板降噪方案，前者都明顯優(yōu)于后者。從整個液位范圍，無論輕剎、中剎，新的降噪方案在低液位的降噪效果比防浪板降噪方案明顯。

高液位降噪效果減弱，有可能是因為油液較多，防浪板接觸油液的面積達到飽和狀態(tài)，對燃油晃動的阻尼作用減小。

3 結(jié)束語

文中針對整車試驗反映的燃油晃動噪聲問題，對油箱晃動產(chǎn)生噪聲的原因做了分析，找出產(chǎn)生噪聲的位置，探索出新的降噪方法。

對于晃動時密閉空腔噪聲及油液碰撞箱體上表面產(chǎn)生的噪聲，文中嘗試的新的降噪方法有助于避免密閉空腔的產(chǎn)生，減弱油液對箱體上表面的撞擊，從而降低燃油系統(tǒng)的晃動噪聲。

根據(jù)試驗結(jié)果分析，該降噪方案對燃油晃動噪聲有顯著的降噪作用，適用于有密閉空腔噪聲產(chǎn)生的情況，與其他降噪方案相比，該方案在低成本、輕量化和工藝等方面有一定的優(yōu)勢。就防浪板和箱體結(jié)構(gòu)本身而言，還有一定的改善空間，如果改善防浪板上孔的結(jié)構(gòu)，降噪效果估計會得到一定的提高，在后續(xù)的研究中將會進行進一步的驗證。