某型商务车尿素泵异响问题的分析

黄超勇，陈文清，钟秤平，黄斌

1.江铃汽车股份有限公司，江西南昌 330200；2.江西省汽车噪声与振动重点试验室，江西南昌 330200

0 引言

汽车工业的快速发展加剧了行业竞争，具备优异的NVH性能更容易赢得顾客的青睐。异响是NVH性能重要的组成部分，由于异响问题的不稳定性以及多样性使得解决该问题较为困难。

近年来，越来越多的专家学者涉足异响问题的研究，也取得了一些显著的成果。卢剑伟等从非线性动力学的角度对某变速器齿轮异响故障进行分析，对变速器齿轮异响问题的改进提供建议；宋睿等设计了一种检测减震器异响的试验台架；潘坡对汽车内水切密封条振动异响进行了系统分析，归纳影响水切异响的相关因素。本文基于隔振理论，对某型商务车出现的尿素泵异响问题进行分析，确定了消除异响的有效方案。

1 故障背景及现象

某商务车在排放升级过程中，增加尿素泵对尾气进行控制，加装后出现异响。故障出现在原地熄火后，车内外可以听见清晰的“嗒嗒”声，主观不能接受，要求进行NVH整改。

经排查，该异响系尿素泵本体工作产生。由于尿素泵内部结构较为复杂，更改后有影响其排放性能的风险，且该声音是其正常工作无法避免的，所以从控制异响源的角度进行改善难度较大。

从切断传递路径的角度考虑，尿素泵本体通过3个螺栓呈三角形分布固定在支架上，支架又通过3个螺栓安装在车身上，尿素泵在车身上的安装状态如图1所示。熄火后异响在驾驶员左耳处的噪声值为45 dB(A)，如图2所示。

图1 尿素泵在车身上的安装状态

图2 驾驶员左耳处异响噪声值

此外尿素泵的管路和线束同样用螺栓安装在车上地板上，其他尿素泵附件和车身的连接点也需要考虑，这些都是异响传递的潜在路径，需要逐一排查。

2 传递路径基础排查

一般噪声传递路径分为空气传递和结构传递，分别对这两种传递方式进行排查。

2.1 空气传递路径

对尿素泵采用声学包全包裹，如图3所示。包裹材料可选用隔音、吸音较好的材料(如铅皮、吸音棉、阻尼等)进行多层包裹，包裹前后噪声值无明显下降，如图4所示。

图3 尿素泵声包裹示意

图4 声包裹前后噪声对比

由图4可知，空气传递不是该异响问题的主要传递路径。

2.2 结构传递路径

考虑尿素泵及其附件的安装方式，有以下3种潜在传递路径：①尿素泵支架与车身连接点；②尿素泵管路及线束与车身固定点；③尿素泵加注口与车身连接点。

2.2.1 尿素泵支架与车身连接点

尿素泵支架与车身通过3个螺栓刚性连接，其安装点分布如图5所示。断开支架前后噪声值从45 dB(A)降到32 dB(A)，如图6所示，这一传递路径有13 dB(A)贡献量，断开后主观评估可以接受。

图5 尿素泵支架与车身安装点分布

图6 断开支架前后车内噪声对比

2.2.2 尿素泵管路及线束与车身固定点

尿素泵管路和线束通过螺栓紧固在车身底板，尿素泵工作时，引起管路和线束振动，通过其与车身连接点传递到车内。将固定螺栓全部松开，如图7所示，噪声值无明显变化，如图8所示。

图7 断开管路和线束与车身连接

图8 断开管路和线束与车身连接前后噪声对比

2.2.3 尿素泵加注口与车身连接点

尿素泵加注口与车身之间有橡胶元件，起到隔振作用，故该路径不作为主要传递方式进行测试。

2.3 排查分析结果

基于以上排查结果，确认该尿素泵异响问题主要通过结构传递，且尿素泵支架与车身连接点为主要传递路径。本文重点研究由尿素泵—支架—车身组成的二自由度振动系统的隔振问题，分析系统相关参数对其隔振性能的影响。

3 隔振理论及改善措施

3.1 隔振理论

将尿素泵—支架—车身简化成一个二自由度的振动系统，其模型如图9所示。

图9 尿素泵—支架—车身振动模型

由牛顿第二定律，此二自由度振动系统微分方程为：

(1)

(2)

式中:、分别为支架和车身质量；、分别为尿素泵和支架之间的刚度和阻尼；、分别为支架和车身之间的刚度和阻尼；、、分别为尿素泵、支架、车身垂直位移。

转换成频域内得：

[(+)+j(+)-]-(+j)-(+j)=0

(3)

(+j-)-(+j)=0

(4)

结合式(3)、(4)得到车身和尿素泵位移幅值比为：

(5)

仅考虑刚度对传递位移的影响，即：

(6)

当支架质量、车身质量一定时，根据式(6)，可得到、的匹配关系，使系统具备良好的隔振作用。

根据隔振理论，要使传递过程有良好的隔振作用，则要求式(6)必须小于1且越小越好，由于≫，等效为：

>+

(7)

3.2 改善措施

基于式(7)，由于支架质量调整范围较窄，且修改周期长，故改善措施从减小尿素泵与支架连接点刚度及支架与车身连接点刚度的方面进行考虑。

车辆初始状态，尿素泵与支架之间、支架与车身之间均采用螺栓刚性连接，刚度可视为无限大，尿素泵的振动几乎不经过衰减直接传递到车身。

因此，对这两处连接点加装橡胶，进行隔振处理。加装橡胶后的实车如图10所示，加装橡胶样件如图11所示。

图10 加装橡胶后的实车

图11 加装橡胶样件

加装橡胶前后的车身地板振动加速度和车内噪声对比如图12和图13所示。

图12 加装橡胶前后的车身地板振动加速度对比

图13 加装橡胶前后的车内噪声对比

由图12和图13可知，增加两级隔振之后，振动加速度从0.05降低到001，噪声值从45 dB(A)降到33 dB(A)，与断开支架测得的噪声值32 dB(A)非常接近，主观可接受，异响问题得到解决。

4 结论

(1)异响问题的解决从两方面着手：一是异响源；二是传递路径。在异响源改动受限的情况下，切断传递路径不失为一种较为直接的方法。

(2)确认异响是结构传递还是空气传递，对于空气传递，一般采用声学包将异响源全包裹进行排查；结构传递则需要逐一断开连接点进行排查。

(3)基于隔振理论，对尿素泵与支架，支架与车身连接处增加隔振橡胶，形成二级隔振，可以达到理想的隔振效果，成功解决异响问题。