车内怠速噪声分析及动力总成悬置系统试验*

2013-06-16胡晓明杨为云

机械研究与应用 2013年2期

关键词：测点加速度方向

胡晓明，杨为云

(山东省胜利油田孤东采油厂特车大队，山东东营 257237)

1 前言

笔者通过对某型国产汽车的整车怠速振动噪声试验和子系统试验确定影响车内噪声振动的主要因素，了解发动机振动激励和车内噪声的频谱特性，分析动力悬置系统在在各种频率和转速下的减振和振动传递特性，进而从减少振动传递的角度确定改进优化的方向。

2 整车振动噪声试验

测点布置:转速信号，驾驶员耳旁噪声信号，进气管、前围板、车厢顶板、发动机悬置发动机侧、方向盘、驾驶员座椅调整导轨处的振动加速度信号，如图1所示。

图1 部分传感器的安装位置

试验工况:按照上述试验设置，进行车辆定置发动机怠速800 r/min热车工况的试验，试验中同时记录各处振动加速度、发动机转速和车内噪声信号。

下文中的X、Y、Z方向定义采用通用的发动机坐标系方向，X方向为曲轴轴线方向，Z向为汽缸轴线方向，Y轴方向由右手定则确定。

2.1 车辆定置发动机怠速试验

图2 发动机各方向振动加速度信号对比

对怠速工况下的振动噪声信号进行频谱分析，如图2、3所示。车辆定置发动机试验参照GB/T14365－93《声学－机动车定置噪声测量方法》的规定进行，试验过程中变速器挂空挡、拉紧手制动器、离合器接合。车辆门窗关闭，车内乘坐一名驾驶员和一名试验员。

图3 驾驶员右耳旁噪声的频谱

从图2中可看出，发动机各方向的振动加速度信号频率成分的最大值出现在27 Hz处，即在发动机怠速工作转速(800 r/min)基频(约13.5 Hz)的2倍频处，而且非常突出。3各方向的信号对比，在Z方向的幅值最大。可以认为怠速工况时发动机振动激励中Z方向是主要因素。

从图3(a)中可看出，在可闻频域中，噪声的主要能量集中在频率200 Hz以内。对噪声信号进行400 Hz内的FFT分析，如图3(b)，27 Hz处出现明显的峰值，通过与图2中的峰值对比，可以初步判定此频率的振动噪声是引起车内噪声的最主要振源。

3 悬置系统试验

以上的试验说明发动机的振动噪声激励是引起怠速工况下车内噪声的主要因素，本文将从降低发动机振动能量向车内的传递，即优化动力总成悬置系统的隔振性能的角度，对降低车内噪声进行讨论。本课题所研究的试验汽车发动机动力总成在车架上横向放置，悬置系统采用3个橡胶悬置，如图4所示。

图4 动力总成悬置系统

3.1 试验方案

3.1.1 试验方案的确定

对于多自由度的振动系统，只测量某一点的振动是不能评价其隔振性能的。本文采用3个悬置的加速度传递率评价隔振效果［4］。

根据以上试验获得的发动机激励的特性和感兴趣的主要工况，选择0～200 Hz作为分析频率。主要测试发动机在800 r/min左右热车工况下的悬置减振特性。

3.1.2 测点选择及试验仪器

本文在试验时对该发动机左、右、后三个悬置元件隔振前后各组悬置的X、Y、Z三个方向的加速度信号进行了同时采集，分析频率为200 Hz。图5所示为加速度传感器在悬置元件上的对应安装位置。

5 右悬置处加速度传感器的布置

试验仪器:B＆K 3560D振动噪声测试系统，PULSE软件包4506B 3向加速度传感器，KMT转速计。

3.1.3 隔振性能指标

测试中常用的就是频率响应函数评价隔振效果，测量悬置上方测点和悬置下方测点的加速度信号，然后计算上测点信号对应下测点信号的频率响应函数，即:

式中:X2(ω)右悬置车身侧振动加速度信号的傅立叶变换;X1(ω)右悬置发动机侧振动加速度信号的傅立叶变换。

3.2 试验数据分析

3.2.1 怠速试验悬置系统减振效果分析

发动机稳定在800 r/min怠速工况下悬置系统减振性能试验获取的部分数据如图6。

从图6中的时域及频率响应函数可以看出，动力总成各悬置处的Z方向加速度信号(如时域波形中的浅色线所示)经橡胶悬置减振后，幅值得到了较大的衰减(如时域波形中的深色线所示)。在200 Hz以下的频带内，大部分区域内，加速度传递率能够达到40%以下。只有左悬置在20 Hz左右衰减效果较差，只有80%左右。

从图7中可以看出，各悬置对Y向振动的衰减效果较差。在30 Hz处左悬置的振动加速度放大了3.56倍，而在发动机主要激励频率的27 Hz处，传递率为2.23，因此左悬置在这个频段没有起到隔振作用。后悬置在27 Hz处的隔振率只有0.95，由于后悬置直接与车身的前围板直接通过螺栓联接，因此将27 Hz的Y向振动直接变为前围板的法向振动，对车内的噪声影响较大。悬置系统对于X方向的振动的衰减情况与Z方向类似。