基于阶次分析的燃油泵噪声源识别及改善研究

（广汽乘用车有限公司 511400 ）

0 引言

汽车燃油系统是汽车重要零部件，其中燃油泵是该系统的核心部件，也是汽车主要噪声源之一。燃油泵是一个精度要求较高的零件，其噪声产生的机理比较复杂，如机械噪声、电磁噪声、流体噪声等。燃油泵是一种较稳定的旋转机械，可以利用基于FFT的普通频谱分析方法提取其特征频率阶次，诊断常见的故障。采用阶次分析对包含齿轮和轴承局部故障的变转速齿轮箱复合故障进行了分析[1]，有效提取出故障特征。同时还研究了硬件阶次分析方法和计算阶次分析方法[2-4]。

普通的频谱阶次分析方法，受旋转件稳定性等因素影响，其阶次幅值大小会产生变化，从而无法准确识别噪声源。不利于燃油泵噪声的改善，从而影响整车声品质。本文通过对燃油泵噪声进行阶次分析，并对其阶次进行求和，有效识别到故障特征，并改善油泵噪声，提升整车品质。

1 理论

1.1 阶次分析

阶次分析是一种诊断旋转机械故障的有效方法，主要用于分析与转速相关的故障信号。阶次分析本质上是基于转速的频率分析，频率f与转速R的关系如公式1所示。

式中R为旋转零件工作时的额定转速，f为旋转零件工作的基频。在阶次分析中，通常将基频的倍数的频率F作为旋转零件的阶次O（公式2）

1.2 声压级理论

声压级为待测声压有效值Pi与参考声压P0的比值取常用对数，再乘以20（公式3）：

式中，Lpi表示第I个声压级。在声压级计算定义中，多个不同的声压级不能直接相加，必须以能量形式进行叠加（公式4）。

式中，Lp为总声压级，Lpn为第n个声压级，n=1,2,3，……。

1.3 燃油泵的阶次分析

对某燃油泵进行阶次分析，其工作转速约7 000 r/min，根据公式（1）计算，其基频约117 Hz，可得其阶次频谱如图1所示，

图1 燃油泵阶次频谱

2 试验验证

2.1 噪声源识别

某SUV在开发过程中，后排存在明显“嗡嗡”异响，通过对车内噪声进行分析，发现在117 Hz、234 Hz 噪声幅值明显大于无异响车型，初步怀疑与燃油泵相关。

为进一步识别异响噪声源，对有异响和无异响车辆的燃油泵进行“A-B-A”对调验证分析，并测量车内噪声。将有异响车辆定义为A车，其燃油泵定义为a或a’；将无异响车辆定义为B车，其燃油泵定义为b或b’。A-a、B-b表示原状态，A-b、B-a表示第一次对调燃油泵，A-a’、B-b’表示第二次对调回原状态燃油泵，并对每次对调后车辆进行噪声测试，并提取前5阶噪声进行对比分析（图2-3）。

从图2中分析可知，进行A-B-A 对调后，A-a’状态燃油泵3阶的噪声比A-a’原状态小12.2 dB，且比A-b 状态噪声小5.2 dB，成为 “大-小-更小” 状态，与1、2、4、5阶的“大-小-大”规律不吻合。从图3中可知，1、2、4阶噪声变化规律比较混乱，与3、5阶“小-大-小”规律不同。对图2、图3数据进行分析，无法明确有异响的车的燃油泵噪声大，对噪声源识别产生干扰。为更好地识别噪声源，对燃油泵前5阶噪声按公式（4）进行求和，通过阶次求和统计方法对燃油泵噪声进行分析（图4）。

从图4中可知，对A、B车燃油泵前5阶噪声进行求和，噪声大的燃油泵分别安装到A、B车，车内有明显异响。将噪声小的燃油泵安装到A、B车，车内无异响，主观评价与客观评价一致。因此，车内后排“异响是由燃油泵产生，并传递至车内。

图2 A车燃油泵阶次噪声

图3 B车燃油泵阶次噪声

图4 燃油泵阶次求和噪声

图5 燃油泵噪声阶次改善对比

2.2 对策改善验证

经对燃油泵进行深入分析，发现燃油泵异响和燃油泵本体相关，且从燃油泵传递到油箱，再传递到车身，最后传递到车内。本次对策从源头及路径两方面进行优化，见表1。实施对策后，对车内噪声进行分析，并提取燃油泵前5阶数据对比，如图5所示，各阶次数据得到明显改善，且车内异响得到明显改善。

表1 燃油泵改善对策

3 总结

本文通过提取燃油泵阶次噪声，并引入噪声求和统计算法，有效识别燃油泵噪声。并通过对燃油泵本体噪声及传递路径进行优化，有效解决某SUV车型车内“嗡嗡”异响，提升整车驾乘品质。