某皮卡FEAD拍击异响试验

曹明柱，王金立，孙邦江，吕 勤

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 故障测试

某皮卡整车开发时，带挡加速过程有非常明显的轰鸣、不连续的拍击噪声，且变速箱挡位越 高该异响声音越明显，持续时间也越长。根据故障现象反馈，测试调查了整车在3、4、5挡全油门加速时车内噪声情况，其中主驾右噪声存在明显异常，发动机转速在1 500 r/min～2 200 r/min 转速区间，主驾右声压级突然增大3 dB～5 dB，出现嗡嗡声响，开空调时异响更明显。分析3挡加速主驾右耳噪声频谱，异常频段为500 Hz～600 Hz，同时空调压缩机支架的振动较为强烈，空压机壳体的振动频谱与驾右噪声频谱表现基本同步，如图1所示。

图1 异响车辆车内噪声数据

与竞品皮卡车对比发现，3挡全油门加速时主驾右噪声比竞品大1 dB～5 dB，空挡驻车加速时，主驾右噪声较竞品大1 dB～4 dB，竞品车辆加速没有明显的异响，如图2所示。

图2 竞品车内噪声数据对比

2 异响调查

2.1 异响源确定

故障车辆在消声转鼓试验台复现异响，并使用声学相机拍照定位，确定异响来自发动机前端轮系中减振皮带轮到空调压缩机段皮带股，如图3所示。通过高速摄像机捕捉该皮带股振动，异响发生时，曲轴减振器皮带轮-空调压缩机段皮带股抖动明显异常且幅值过大，该段皮带股不仅上下横向跳动较大，还有严重的左右扭转振动，且张紧器摆幅较大；故障消失时，皮带股抖动和张紧器摆幅随之正常。因此，初步确定异响是该段皮带股拍击两端带轮产生的。发动机前端轮系皮带采用V型多楔带，多楔带主要靠摩擦传递动力，各带轮之间的皮带股的振动模态近似于弦振动，因此，其正常工作时存在轻微的拍击空气噪声。

图3 附件驱动声源定位

联合前端轮系供应商进行了轮系性能测试，检测异响发生时皮带的振幅是否超标，其中重点测试了空压机皮带轮到曲轴减振皮带轮之间的皮带股振动幅值。附件空载时，故障车辆的张紧器摆幅最大值为3.5 deg，较正常车辆为2.3 deg，增加了52%；附件满载时，故障车辆的张紧器摆幅为4.5 deg，正常车辆为2.9 deg，增加了55%。附件空载时，故障车辆皮带股振动幅值为27 mm，正常车辆为18 mm，增加了50%；附件满载时，故障车辆皮带股振动幅值为45 mm，正常车辆为22 mm，增加了104%。整体看，故障车辆的附件驱动皮带的张紧器摆幅较正常值增加了50%，空调压缩机皮带轮到曲轴减振皮带轮之间的皮带股振动较正产系统增加了50%到100%，且皮带股抖动较大时主驾右噪声明显突起，具体数值如表1所示。

表1 前端附件张紧器及皮带振幅统计

皮带股的振动类似弦振动。需要明确的是，本次供应商对皮带股振幅测试使用的单点光三角反射式传感器，无法获取某一瞬时的皮带股整体振型。皮带股在不同转速、不同时段各点振幅有较大的区别。如果皮带股只存在一个1/2波形，则其最大振幅在中间处，如果是2/2或以上个半波形，则最大振幅在1/4处等。此外，皮带左右翻转位移不易测量，故皮带振幅只能反映固定位置的综合位移，主要是皮带股的横向振动位移。但实际上对皮带拍击噪声影响较大的是左右翻转的扭曲位移。

综合整车噪声振动测试、声源定位以及前端附件驱动系统测试数据，可判断故障车辆的异响发生于空调压缩机皮带路到曲轴减振皮带轮之间的皮带股异常振动，拍击两端带轮造成明显的拍击噪声。

2.2 异响噪声控制

从噪声源和传递路径两个方面，识别9项改进方案，综合考虑改进的成本和周期，确定可能的验证措施如下：

（1）噪声源控制。参照其他皮带发动机前端轮系布置方案，将曲轴由4平衡块更换为8平衡块。曲轴单体转动惯量增加60%，系统转动惯量增加9.7%，降低曲轴系统的扭振，从而降低皮带的抖动噪声。

（2）传递路径控制。主要方案是提高空压机支架的模态频率，降低共振被油底壳放大，通过加强空压机支架，主驾右的噪声有较为明显的改善和降低。

确定设计优化项包括：①发动机噪声大，主要是于机械噪声大，其中空压机支架的共振及其被油底壳放大是主要原因。因此，重点改进的方案为提高空压机支架的一阶模态频率。②空调管路隔振优化，可有效降低空调振动传递到车内。③发动机的前端和上方存在较大的嘈杂声，通过增加声学包，声品质得到了比较明显的改善。④整车前围钣金厚度增加，优化内外侧声学包的完整性。

3 优化效果验证

3.1 声学包验证

发动机二级正时盖板存在1 260 Hz～1 380 Hz的共振带，一级盖板存在1 780 Hz～1 950 Hz的共振带，正时阶次噪声较突出。通过增加正时盖板声学包后，怠速前方噪声改善2 dB，小负荷加速改善0.5 dB～4 dB。此外，上方的缸盖护罩及喷油器噪声也会直接传递到车内，参照竞品车，也增加了声学包，怠速上方噪声改善约0.5 dB，小负荷加速改善0 dB～1.5 dB，如图4所示。发动机正时盖板增加声学包能有效提升发动机的声品质水平，但不能降低附件皮带异常拍击噪声，因此，该设计方案不具有针对性。

图4 前端正时盖板声学包对比验证

3.2 整车隔声/隔振

前围钣金及声学包是驾驶舱和发动机舱的交接面，对驾驶舱内声学有重要的影响。参照竞品整车设计，外前围下部及变速箱上部做手工声学包。测试结果：怠速工况下前排噪声平均降低 0.5 dB～0.7 dB，加速工况前排噪声平均降低0.5 dB～2 dB，如图5所示。

图5 整车前围隔声优化对比验证

3.3 空压机系统

发动机附件中空压机、助力转向泵、悬置支架等整车刚性连接的部件，极易将整机或附件的振动传递到车身，导致整车振动噪声问题。改变空压机支架的安装点，避免空调支架悬空：原始空压机四个安装点距离太小，抗翻转性能较弱，取消原始左下安装点，增加两个安装点，且新的安装点距离位于支架边缘处，提高了整体安装的抗翻转性能；同时增加曲轴箱加强板，提高空压机支架的安装刚度，图6(a)为改进前，缸体和油底壳各2个安装孔，图6(b)为改进后，缸体2个安装孔，油底壳3个安装孔。使用仿真软件计算空压机支架模态，原始空压机支架一阶模态为237 Hz，优化后的空压机支架一阶模态提高到335 Hz（设计要求≥300 Hz），满足了设计要求，并优于竞品空压机支架，如图6(c)所示。分别计算了铸钢、铸铁两种材料的空压机支架，对空压机支架模态影响不大，但铸钢材料的支架可以提高产品的抗疲劳性能。

图6 空压机模态提升方案

3.4 其他优化措施

确定实施的优化措施包括（1）参照竞品车设计，前围钣金厚度由0.8 mm增加到1 mm，车内前围用双组份棉全覆盖；（2）发舱外前围下部及变速箱上部做声学包覆盖，主要降低发动机、变速箱噪声；（3）提高动力总成后悬置隔振率，降低动力总成对悬置支架的振动激励，后悬置软垫由26 mm增加到39 mm（竞品车为56 mm），厚度提高50%；（4）空调支撑系统强度提升，管路隔振优化。

4 效果验证

实施上述措施后，进行整车测试和主观评价。4挡全油门，车内驾右声压级和线性度改善都非常明显。车内噪声大小在共振转速点降低了5 dB～10 dB，其余转速点均有1 dB～3 dB的降低。整体而言，除1 400 r/min以外，其余转速接与竞品车辆相当。车内驾右频谱200 Hz、500 Hz的共振带改善非常明显，1 900 r/min时还存在嗡鸣声，处于可接受水平，如图7所示。其余挡位加速改善均类似，车内共振声降低明显。

图7 四挡全油门加速声压级对比

5 结论

通过实施一系列整改优化措施，提高空压机 支架的约束模态频率降低了轮系拍击振幅，从而解决了整车加速过程中的皮带拍击异响。同步实施了发动机声学包方案，提高空调隔振水平，并提升前围板隔声量，使整车车内声品质水平提高。

为有效控制前端轮系拍击噪声，建议控制如下参数：（1）皮带股振幅最大值不超过25 mm，重点获取发电机、空压机带轮紧边处皮带股横向振幅；（2）空压机支架模态频率不低于300 Hz，并关注安装点的动刚度和螺栓的布置设计，降低空压机整体的振动幅值；（3）空调管路的隔振率不低于20 dB，尤其是前围板处冷凝器的减振水平控制。

本次调查未能对使用的多楔带进行验证，理论来说多楔带的抗拉刚度、张力等均会影响皮带的振动，后续在其他机型上进行验证调查。