某车型怠速振动噪声测试分析与优化

宋万龙，陆静（广西科技大学汽车与交通学院，广西 柳州 545006；广西汽车零部件与整车技术重点实验室广西科技大学，广西 柳州 545006）

某车型怠速振动噪声测试分析与优化

宋万龙，陆静
（广西科技大学汽车与交通学院，广西 柳州 545006；
广西汽车零部件与整车技术重点实验室广西科技大学，广西 柳州 545006）

摘 要：某车型在怠速工况时，原状态样车方向盘振动严重，车内噪声较大，呈不可接受状态。运用LMS.test.lab设备对试验样车进行测试分析，发现车内振动与噪声主要由发动机悬置系统、燃油供给系统引起，通过对发动机悬置、燃油管路结构进行优化，使样车怠速工况振动与噪声得到改善。

关键词：怠速；振动噪声；发动机悬置；燃油系统

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.033

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-89-04

引言

汽车NVH性能的好坏直接影响着其在市场中的竞争力，因此汽车NVH性能开发逐渐成为各大汽车厂家研发的重点。车内噪声与振动的客观评价指标[1]有：1.驾驶员耳朵和乘客耳朵处的噪声,包括噪声量级和声品质；2.汽车地板或者椅子基架处的振动；3.方向盘的振动；4.座椅上的振动和人体的振动。汽车在运行过程中，怠速工况是发动机较为常用的工况，怠速时车内振动噪声水平是影响客户选购汽车的重要因素，因此怠速工况是汽车噪声与振动评价的典型工况。

针对某款开发车型在怠速工况时方向盘振动严重，车内噪声较大等问题，运用LMS实验设备对试验样车进行测试，对车内振动噪声进行数据采集，其中车内噪声主要参考驾驶员右耳朵处的平均总声压级，车内振动主要参考方向盘12点位置和驾驶员座椅导轨处振动。通过分析振动噪声数据得到问题原因，提出了相应的优化措施以提高车型的NVH性能。

1、怠速振动问题分析及优化

1.1 怠速振动产生原因

发动机怠速工况时，发动机自身的振动是主要的振动源，在发动机和车架的连接处通常都布置发动机悬置，其主要作用分为两个方面：一是衰减发动机的振动，防止其引起车身的振动，继而引起车辆其他部件的振动；二是起到支承的作用，承受发动机的重量[2-3]。发动机产生的振动经过悬置系统、车架、车身传递至方向盘、座椅以及车内地板，最后被车内人员感知。对于发动机怠速工况下出现的方向盘抖动问题，通常重要影响因素就是发动机悬置。

1.2 怠速振动问题分析

为了获得试验样车在实际运行状态时的振动数据，在开阔平直水泥路面上进行定置怠速振动试验。车辆状况：怠速转速状态。测试环境描述，温度：3～15°，湿度：10%～30%，风速：2级，路面干燥。将振动传感器布置在驾驶员方向盘12点位置和驾驶员座椅导轨处，具体布置位置如下图1、2所示。

本文利用LMS便携式采集前端及LMS Test. lab软件对该车进行振动噪声分析[4]，测量得到数据，测试系统主要由LMS数据采集前端（32通道）、LMS Test. Lab分析软件、振动传感器以及声学传感器组成。LMS测试系统内核模型如下图3所示。

经测试，原状态样车怠速工况时，方向盘振动严重，方向盘12点方向振动RMS总值达到0.443g，主观感觉振动明显，呈不可接受状态，严重影响车辆舒适性。通过排查，主要原因为发动机悬置系统未经匹配，不能很好的减弱发动机传到车内的振动。车辆定置发动机怠速运转时，试验样车采用原悬置（1#）时，方向盘12 点、驾驶员座椅导轨两个测点的振动值详见表1、图4。

表1　样车采用原悬置（1#）怠速振动RMS值

1.3 怠速振动优化

发动机悬置静刚度的选择对隔振性能影响很大。从承受发动机重量的要求而言，悬置必须具有一定的静刚度，否则会因为在承重过程中发生较大的变形而引起悬置失效，影响悬置使用耐久性和可靠性；悬置的静刚度也不宜选择太大，太大的悬置静刚度会影响其本身的隔振性能。

通过对该试验样车进行检查，发现该发动机悬置没有明显的定位标志，造成悬置装配效果较差，且发动机悬置各向静刚度数值偏高，不能较好地衰减发动机的振动，造成方向盘怠速时抖动严重。为了解决以上问题，样车在生产过程中须严格控制生产质量；把悬置的静刚度在部分方向适当下调，选择优化悬置（2#），它的各方向静刚度参数与原悬置的比较如下表2所示。

表2　原状态悬置（1#）、优化悬置（2#）各向静刚度参数

将优化后的发动机悬置安装到试验样车，验证优化悬置对怠速方向盘振动的改善效果。试验样车采用优化悬置（2#）时，车辆定置发动机怠速运转时方向盘12 点、座椅导轨两个测点的振动值详见表3和图5。通过与表1和图4中相应数据的比较可以看出，优化后的振动大幅减小，特别是方向盘的振动，怠速时方向盘的振动加速度RMS总值由优化前的0.443g降低为0.113g，主观评价效果良好，优化后方向盘振动得到很好的改善。

表3　样车采用优化后悬置（2#）怠速振动RMS值

2、怠速噪声问题分析及优化

2.1 怠速噪声产生原因

汽车在怠速工况时，其主要噪声来源有以下几种：发动机激励、进排气系统的激励、燃油系统以及汽车各个电子电器附件工作时的噪声等[5-7]。根据怠速时噪声产生及传播机理，噪声控制可大致分为三种[8]：1、减弱噪声源强度；2、隔绝噪声传播途径；3、吸声处理，其中，减弱噪声源、隔绝噪声传播途径是较为常用的方法。

2.2 怠速噪声问题分析

在进行车辆定置怠速噪声试验时，数据采集的实验用车、测试环境和怠速振动测试时相同，信号采集与数据分析设置：噪声信号采样频率不小于20000Hz，A计权，车外背景噪声为：42dB(A)。选取驾驶员右耳（DRE）的位置为测量点，声学传感器具体的安装位置如下图6所示。

通过对试验样车用LMS设备进行试验分析，发现原状态样车在怠速工况时，很明显存在140Hz噪声，单频声压级达到42.6dB（A），远大于怠速工况发动机点火2阶激励，并且车内有明显的“嗡嗡”声。原状态样车驾驶员右耳（DRE）怠速噪声自功率谱图如图7所示。?

为了确定车辆在怠速工况时140Hz 噪声来源，通过设计以下实验来确定噪声源。在试验车外发现油箱底壳振动较为明显，初步确认可能是两者频率吻合。为了进一步确认噪声源的位置，将被测试车辆接入外界独立燃油供给系统，其它条件控制不变，隔离掉自身燃油系统对车内噪声的影响，在车内驾驶员右耳测点布置声学传声器进行实验。通过对采集到的实验数据分析，发现采用外界独立燃油供给系统时，车内噪声降低较为明显，140Hz 噪声单频声压级从42.6dB（A）下降到19.0dB(A),0～1000Hz 总声压级从46.5dB（A）下降到42.8dB（A）。说明怠速工况时，车内的140Hz 噪声的噪声源为燃油供给系统。原状态和外接整车燃油供给系统噪声谱图如图8所示。

2.3 怠速噪声优化

汽车燃油系统主要由油箱、滤清器、油泵、油气分离器、输油管路以及其他附件等组成。在汽车NVH性能调校过程中，一般以最小的改动达到最大的优化效果为原则。根据工程经验，选取输油导管作为改善车内噪声的措施。

原试验样车燃油管路（3#）如下图9所示，管径较小，并且管道存在多处弯曲，导致燃油在输送过程中流速、压力发生较大变化，极易引起噪声。本文增大输油管路的管道直径，减少管道弯曲，优化燃油管路（4#）如下图9所示。

将优化后的燃油管路（4#）安装到试验样车进行测试，验证优化燃油管路对燃油系统噪声的改善效果。分别安装原试验样车燃油管路（3#）和优化燃油管路（4#）进行怠速噪声测试，怠速噪声对比如图10所示。

从上图可以看出，采用优化样件（4#）时140Hz 噪声单频从原状态的41.3dB（A）下降到29.7dB（A），下降了11.6dB （A），特定频率改善明显，主观评价车内噪声下降，属于可接受状态。

3、结论

汽车在怠速工况下的振动与噪声是汽车NVH性能的重要部分，也是影响汽车用户主观感受的重要部分。因此，要研发高品质的汽车就必须使得汽车在怠速时具有良好的NVH性能。本文针对某试验车型在怠速工况下，方向盘振动强烈，车内噪声偏大等问题，基于实验测试优化了发动机悬置以及燃油系统输油管路，有效的降低了车内振动与噪声。通过分析可知：

（1）发动机悬置系统对车内振动影响较大，在后期试验阶段，车型无法通过改变发动机参数来降低车内振动的情况下，合理选择悬置参数是改善车内振动的有效方法；

（2）燃油系统对车内某一特定频率的噪声贡献较大，通过改善输油管路的结构，增加管路直径，减少管路弯曲可以有效降低燃油系统的工作噪声。与传统方法相比，对燃油系统的输油管路进行更改，效率高、成本低，并且操作简单方便，可以有效的解决实际工程问题。

参考文献

[1] 庞剑,堪刚,何华.汽车噪声与振动—理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

[2] 马大猷.现代声学理论基础[M].北京:科学出版社,2002.

[3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000

[4] 田涛,向宇,陈宏强等.基于LMS.Test.Lab某车型排气噪声问题实验分析[J].广西工学院学报,2012,23(03):26-31.

[5] 叶志刚,王军民.乘用车车内结构噪声测量分析[J].汽车科技,2000, (05):27-29.

[6] 徐兀.汽车振动和噪声控制[M].北京:人民交通出版社,1987.

[7] 周湧麟,李树珉.汽车噪声原理、检测与控制[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

[8] 党相文,梁超.降振隔噪材料在汽车中的应用[J].汽车与配件,2009, (35):35-37.

The test analysis and optimization of vehicle idling vibration and noise

Song Wanlong, Lu Jing*
( College of Automobile and Transportation Engineering, Guangxi Liuzhou 545006;
Guangxi Key Laboratory of Automobile Components and Vehicle Technology Guangxi University of Science and Technology, Guangxi Liuzhou 545006)

Abstract:In the idle state of a vehicle, the vibration of steering wheel was serious, and interior noise was big, which was unacceptable. According to the test analysis on the vehicle used by LMS.test.lab, we found that the vehicle vibration and noise was mainly caused by the engine mounting system and fuel supply system. Based on the optimization of the engine mounting and the structure of fuel line, the vehicle idling vibration and noise has been improved greatly.

Keywords:idle; vibration noise; engine mounting; fuel supply system

基金项目：广西自然科学基金项目（2012GXNSFAA053207）。

作者简介：陆静，教授，就职于广西科技大学汽车与交通学院,研究方向为结构振动与噪声控制。

中图分类号：U463.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-89-04