汽车进气波纹管隔振研究

2020-11-05李江洋王伟霞LiJiangyangWangWeixia

北京汽车 2020年5期

李江洋，王伟霞 Li Jiangyang，Wang Weixia

汽车进气波纹管隔振研究

李江洋，王伟霞
Li Jiangyang，Wang Weixia

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江宁波 315300）

消费者对汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）性能的要求越来越高，因此对于动力总成附件的NVH相关性能研究十分重要。以某项目进气波纹管隔振改善为例，说明进气波纹管振动传递路径，研究V型波纹管波峰、波谷、波高等尺寸及硬度对隔振性能的影响，并对原波纹管结构进行优化，改善了转向盘处的振动加速度，并给出设计建议。

NVH；进气波纹管；隔振

0 引言

随着汽车行业的竞争加剧，主机厂越来越重视用户对汽车的体验和感知质量。汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）性能作为汽车用户可直接感知的性能之一，受到越来越多的主机厂重视，其中对于振动的研究尤为重要。

车辆运转时，发动机曲轴的往复、气缸的压缩以及变速器齿轮运转等都会产生振动和噪声，并通过与车身连接的部分传递到乘员舱。通常认为，悬置系统的隔振性能对发动机的振动起着决定性作用，值得注意的是，连接动力总成和车身的管路也会传递振动，如空调管路、中冷器进出气管、散热器进出水管、进气相关管路等，因此这些管路零部件也需要考虑隔振性能[1]。

以某项目进气系统的波纹管隔振改善为例，说明进气波纹管振动传递路径，研究V型波纹管波峰、波谷、波高等尺寸及硬度对隔振性能的影响，并对原波纹管结构进行优化，改善了转向盘处的振动加速度，并提出改进方向。

1 进气波纹管布置

某项目车型为A0级SUV，搭载1.5TD涡轮增压直喷发动机，如图1所示。空气从空滤进气管口部进入，经过空气滤清器过滤后进入发动机进气软管总成，经发动机进气软管总成进入涡轮增压器，再经过中冷器进气管总成、中冷器、中冷器出气管后进入节气门。

注：1. 空滤进气管；2. 空气滤清器；3. 发动机进气软管总成；4. 中冷器进气管；5. 中冷器；6. 中冷器出气管。

其中，空滤进气管使用两个卡扣安装在前端框架上，空滤进气管与空气滤清器为卡接结构；空气滤清器通过3个减振垫安装在车身和前端框架上，发动机进气软管总成、中冷器进气管、中冷器出气管均安装在动力总成上，中冷器进气管、中冷器出气管同时连接中冷器与发动机，中冷器装配在前端框架上，前端框架通过螺栓连接安装在车身上；因此进气系统的零部件均直接或间接连接车身，会将发动机的振动传递到车身。

如图2所示，发动机进气软管总成上的胶管与空气滤清器连接，使用两个蜗轮蜗杆卡箍（图2中7）固定。胶管材料为EPDM（Ethylene Propylene Diene Monomer，三元乙丙橡胶），中间部分有V型波纹结构（图2中8），因此称为进气波纹管。由于发动机进气软管总成固定在发动机上，发动机运转时产生的振动通过进气波纹管传递到空气滤清器，并通过空气滤清器的3个安装点（图2中9、10）传递到车身和前端框架，最终引起驾驶员座椅导轨及转向盘的振动；因此，进气波纹管的隔振性能非常重要。

注：7. 蜗轮蜗杆卡箍；8. 波纹管；9. 空滤和前端框架连接点；10. 空滤和车身连接点。

通常使用隔振率来评价进气波纹管的隔振性能，计算公式为

式中：主为主动侧振动加速度，即发动机侧；被为被动侧振动加速度，即空滤上表面。

2 原设计存在的问题

在进行主观评价时，提出了怠速开空调时转向盘振动大、手臂发麻的问题。使用LMS设备进行客观测试，如图3所示，怠速时转向盘12点方向的振动加速度为0.24 m/s2，不满足小于0.2 m/s2的设计要求。

从路径上进行排查，除悬置外，发动机与车身的连接点包含空调进出水管、中冷器进出气管、空气滤清器、散热器进出水管等零部件。首先进行主观感受排查，发现空气滤清器上壳体表面振动较大，同时出现麻手的感觉；其他的管路接头处振动相对不明显。其次进行客观测试，在空气滤清器上表面处布置振动传感器，使用LMS设备测试空气滤清器与发动机进气软管总成连接和断开两种情况，测试结果见表1。

图3 怠速开空调时转向盘12点方向的振动加速度

表1 空滤上表面振动加速度测试结果 ms-2

由表1发现，将发动机进气软管总成与空气滤清器连接处断开后，客观测试的振动差异大，再测试转向盘12点钟方向的振动加速度为0.14 m/s2，如图4所示；因此可以判定，发动机进气软管总成的波纹管段隔振性能较差，将发动机的振动直接传递到空气滤清器，进而传递到前端框架和车身，增大了转向盘处的振动。

图4 波纹管断开后转向盘12点方向的振动加速度

波纹管材料EPDM的硬度为（70±5）HA，截面如图5所示，可以看出，原波纹管设计波谷厚度为3.5 mm，波峰厚度为5.5 mm，波高为12.2 mm，单个波距为11.4 mm。由于波峰处厚度较大且波高偏小，硬度也偏高，发动机端的振动可以通过波纹管传递到空气滤清器，将表1中发动机侧、空滤上表面的振动加速度测试值代入式（1），可得原状态下隔振率为3.04 dB，原波纹管无法起到有效的减振作用。

图5 原波纹管截面图（单位:mm）

3 优化方案及效果验证

根据上文分析的原因，制定整改方向，波纹管的材料不变，将其硬度降低5 HA，并优化波纹管V型结构尺寸。如图6所示，将波谷厚度由3.5 mm减至3 mm，将波峰厚度由5.5 mm减至4 mm，将波纹波高由12.2 mm增加至15 mm，测试优化前、后不同硬度波纹管下的振动情况，因为优化后的样件材料硬度为60～67 HA，所以选取60 HA、65 HA和67 HA 3种情形进行比较，结果见表2，转向盘12点方向的振动加速度由原来的0.24 m/s2降低到0.17 m/s2、0.18 m/s2和0.20 m/s2，最大降幅为0.07 m/s²，转向盘麻手感明显降低；将表2中3种情形下发动机侧、空滤上表面的振动加速度代入式（1），可得波纹管的隔振率分别为10.58 dB、9.44 dB和11.00 dB，隔振率提高了6～8 dB，主观感受空滤端振动明显降低。