混合动力轿车转向助力泵噪声控制试验研究

2009 年 第 1 期混合动力轿车转向助力泵噪声控制试验研究梁映珍 周 钅宏 赵 静（同济大学 ）【摘要 】针对某型混合动力轿车怠速工况转向助力泵噪声及车内噪声进行了试验测试 ，利用谱分析和相干分析方法对转向助力泵噪声的频谱分布及其对车内噪声的影响进行了分析 ,并根据分析结果分别采取转向助力泵隔声和防火墙隔声的措施进行控制 。 通过比较噪声控制前 、后转向助力泵近场和防火墙近场的 13 倍频程频谱 ，证明了所采取降噪措施的有效性 。主题词 ：混合动力汽车 轿车 转向助力泵 噪声中图分类号 ：17 文献标识码 ：A 文章编号 ：10003703（2009）01004104on on a in to of on of by to to he by of ey 言由于混合动力轿车采用新的动力总成 ，因而其车内噪声特性与传统轿车车内噪声特性有很大差别1。如怠速工况下 ，因发动机不工作 ，所以不存在发动机振动引起的噪声 ， 而转向助力泵的噪声突现出来 。 因此 ，必须对混合动力轿车转向助力泵的噪声控制进行研究 ，以满足人们对乘坐舒适性的要求25。本文以某型混合动力轿车为例 ，采用试验方法对其转向助力泵噪声水平进行测试 （所有分析过程均采用 A 计权模拟人耳的听觉特性 ）， 通过频谱分析 、相干分析识别其对车内噪声影响的频率成分及其传递方式 。 根据数据分析结果对转向助力泵采取源头隔声和传递过程中隔声两种不同的控制方法 ，并进行了试验验证 ，取得了良好的降噪效果 。2 噪声水平实测试验实测试验之前对该型混合动力轿车的主观评价结果是 ：怠速过程中 ，车内乘员能明显听到尖锐噪声 ，初步诊断此噪声是由发动机舱的转向助力泵产生的 。该试验在配备有汽车底盘测功机的半消声室内进行 ，试验的目的是研究怠速工况下转向助力泵噪声总水平及其对车内噪声水平的影响 ，并通过分析识别其主要传递方式 ，从而为有效实现对转向助力泵噪声的控制提出改进措施 。 试验测点位置如表1 所列 。 试验过程中 ，采用德国 司生产的电式麦克风采集信号 ，数据采集设备为 号放大和智能采集系统 ， 采用 转机械模块测试与记录信号 。表 1 试验测点位置3 数据处理与分析31 频谱分析由于转向助力泵自身的动不平衡会产生轴频（轴频等于转向助力泵轴每秒的转数 ）的噪声能量 ，由于制造误差和调整不当等会产生轴频的二倍频 、四倍频或更高倍频的分量 ； 在转向助力泵运转时 ，编号 02 04 验 测试 41 汽 车 技 术由于轮齿 、叶片或柱塞等几何上的原因 ，会造成转向助力泵容积排量的周期性变化 ， 形成压力脉动或结构振动 ，并诱发空气噪声6。 这种由转向助力泵结构本身所决定的频率称为泵唧频率或输油频率 ， 是转向助力泵转速与输油构件数 （齿数 、叶片数或柱塞数等 ）的乘积 。在转向助力泵的噪声频谱中还包括由于转向助力泵构造和误差上的原因形成的高次谐波频率 ，计算公式为 ：fhn）式中 ， f 为泵唧 （输油 ）频谱及其谐波频率 ，亦即压力脉动基频及高次谐波频率 ；h 为谐波数 ，取值为 1，2，3， 当 h1 时为基频 ；n 为转向助力泵转速 ；z 为转向助力泵的工作构件数 。根据式 （1）计算得该混合动力轿车转向助力泵噪声的泵唧频率为 533 声信号的功率谱密度定义为其自相关函数的傅立叶变换 ，即S（f）乙R（）e2）式中 ，S （f） 为信号的自功率谱密度 ；f 为频率谱变量 ；R（）为信号的自相关函数 ； 为时延变量 。自功率谱含有原信号的频率结构 ， 对测量得到的噪声频谱作纯音峰值分析 ， 可用来识别主要的噪声源 。图 1 为转向助力泵近场噪声的自功率谱图 ，从图 1 可看出 ， 转向助力泵泵唧频率处的噪声峰值出现在 530 ，与理论计算相符 。 驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处的噪声频谱 （见图 2）中也存在这一频率成分的峰值 ， 说明正是这一窄频带内较大的噪声能量导致车内产生尖锐的噪声 。图 1 转向助力泵近场噪声频谱32 相干分析相干函数是度量任意 2 个量和 2 个信号的因果程度的实值函数 ， 因此在系统分析中可用来检验频率响应函数计算结果的有效性 ；同时 ，对于线性系统来说 ， 相干函数可以理解为在某频率点处的对应输入对对应输出的影响程度 ， 在噪声源识别和噪声传递路径分析中广泛应用7。图 2 驾驶员右耳处与后排左侧乘员右耳处噪声频谱相干函数定义为 ：f ）f ）2Gx（f ）Gy（f ）（3）式中 ，x 信号和 y 信号的相干函数 ；x 信号和 y 信号的互功率谱 ；x 信号的自功率谱 ；y 信号的自功率谱 。本研究中对实测得到的发动机侧防火墙近场噪声 、车内侧防火墙近场噪声 、驾驶员右耳处噪声分别与转向助力泵近场噪声信号进行相干分析 ， 结果见表 2。 由表 2 可知 ，3 个测点处的噪声与转向助力泵近场噪声的相干值都很高 ， 尤其是泵唧频率处相干值为 1。 由此说明 ，转向助力泵噪声对车内噪声影响较大 ，并且是通过防火墙经空气传至车内的 。表 2 各测点噪声与转向助力泵近场噪声的相干值4 噪声控制措施及试验验证根据数据分析结果 ， 对该型混合动力轿车转向助力泵分别采用以下 2 种噪声控制方法 ：a 源头隔声 ：用吸声材料和隔声材料对转向助力泵进行隔声处理 ，如图 3a 所示 ；b 传递过程中隔声 ：对转向助力泵噪声传递过程中必经的防火墙采用隔声材料加吸声材料进行隔声处理 ，如图 3b 所示 。采取这些措施后 ，对该轿车进行试驾 ，主观感受怠速工况特定频率的尖锐噪声基本消除 。 为验证降频率发动机侧防火墙车内侧防火墙驾驶员右耳处泵唧频率 （530 100 100 100二倍频 （1 060 091 093 093三倍频 （1 590 099 098 0927060504030201001020300 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000频率 26441声压级）试验 测试 403020100102030405060驾驶员右耳处原始状态后排左侧乘员右耳处原始状态36643233532920 100 200 300 400 500 600 700 800 9001000频率 ）42 2009 年 第 1 期噪效果 ，在测点和工况均不变情况下 ，对该轿车再次进行了验证试验 。（a）泵隔声处理 （b）防火墙隔声处理图 3 转向助力泵噪声控制措施示意通过对转向助力泵近场噪声 13 倍频程谱图的分析发现 ，对其进行隔声处理后 ，其近场噪声在基频 、二倍频及高频分量的峰值明显减小 ，近场噪声下降 971 ）（见图 4），而驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处也分别下降 37 A）（降噪幅值是根据对应图中的 13 倍频 A 计权的噪声总声压级来计算的 ）和 12 ）（见图 5）。 由此 ，验证了转向助力泵噪声在怠速时对车内噪声影响大 ，同时验证了对转向助力泵进行吸声 、隔声处理能有效控制其对车内噪声的影响 。（a）近场噪声（b）13 倍程频噪声图 4 转向助力泵隔声处理前 、后近场噪声功率谱对比和 13 倍频程噪声总水平比较图 6 为车内侧防火墙近场噪声谱图 。 由图 6 可看出 ，防火墙经隔声处理后 ，近场噪声在宽频带范围内都有大幅度的下降 ， 总体噪声水平下降 1065驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处分别下降 279 234 图 7 和图 8）。 由此可见 ，对防火墙隔声处理也能有效控制转向助力泵噪声对车内噪声水平的影响 。（a）驾驶员右耳处（b）后排左侧乘员右耳处图 5 驾驶员右耳处和后排左侧乘员右耳处降噪效果图 6 车内侧防火墙近场噪声谱（a）功率谱转向助力泵外壳吸声材料隔声材料防火墙板件隔声材料吸声材料车内侧发动机侧706050403020100102030原始状态隔声吸声处理644151910 100 200 300 400 500 600 700 800 9001 00053292频率 ）807060504030201065275295786078377215624450000频率 3 200 400 800 1 600 3 150 6 300 17 78279原始状态隔声处理声压级）70605040302010037502159644834066471377750000频率 3 200 400 800 1 600 3 150 6 300 17 78279驾驶员右耳原始状态驾驶员右耳隔声处理声压级）70605040302010033201239639663493351323350000频率 3 200 400 800 1 600 3 150 6 300 17 78279后排左侧乘员右耳原始状态后排左侧乘员右耳隔声处理声压级）908070605040302010010820966975228416350000频率 3 200 400 800 1 600 3 150 6 300 17 78279防火墙未处理防火墙隔声处理声压级）40353025201510505103835275453292频率 00 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000防火墙隔声处理前驾驶员右耳处防火墙隔声处理后驾驶员右耳处声压级）试验 测试 43 汽 车 技 术（上接第 61 页 ）4 结束语提出了汽车覆盖件设计与冲压工艺设计的协同设计方法 ，并以某轻型载货汽车的单排座 、双排座车身侧围件为例 ， 在保证车身造型和结构要求的前提下 ， 从冲压工艺性方面对侧围件进行合理分块和结构设计 ，使其适应冲压工艺的套冲拉延要求 ，实现了左 、右前车门外板窗口处套冲左 、右后柱上内板 ，左 、右后车门外板窗口处套冲中柱上内板 ，左 、右后车门内板窗口处套冲中柱中内板的冲压工艺方案和左 、右后车门内板及左 、右后车门外板件的左 、右件模具共用 。 此协同设计方法适用于系列车身的设计与制造 。参 考 文 献1 黄天泽 ,黄金陵 ,等 汽车车身结构与设计 北京 ：机械工业出版社 20002 郭春生 ,等 汽车大型覆盖件模具 北京 ：国防工业出版社 19933 张旭 基于数值模拟技术的汽车覆盖件拉延工艺优化研究 ：学位论文 重庆 ：重庆大学 ,20054 蒋浩民 ,陈新平 ,等 大型车车身覆盖件冲压成型特征分析及选材研究 金属成型工艺术 ,2003：5052（责任编辑 文 楫 ）修改稿收到日期为 2008 年 12 月 16 日 。（b）13 倍频程图 7 防火墙隔声处理前 、后驾驶员右耳处降噪效果（a）功率谱（b）13 倍频程图 8 防火墙隔声处理前 、后后排左侧乘员右耳处降噪效果由上述分析可知 ，2 种控制方法均取得较好的降噪效果 。 因此 ，在噪声控制工程应用中 ，既可对转向助力泵进行隔声 ，也可采用防火墙隔声 ，这些措施均可实现对转向助力泵噪声的有效控制 。5 结束语针对某型混合动力轿车转向助力泵引起的车内噪声问题 ， 根据主观评价结果设计试验方案 ，用频谱分析 、相干分析等手段识别该转向助力泵的噪声特性及其传递方式 。 根据分析结果 ，采取了转向助力泵隔声处理和防火墙隔声处理 2 种不同的降噪措施 ，经试验验证 ，2 种措施均取得良好的降噪效果 。参 考 文 献1 庞剑 ,谌刚 ,何华 汽车噪声与振动 北京 ：北京理工大学出版社 ,20062 0010114153 ,0050122944 , O,0060119705 , , H,et 0070122616 佟德纯 工程信号处理与应用 上海 ：上海交通大学出版社 ,19897 靳晓雄 ,胡子谷 工程机械噪声控制学 上海 ：同济大学出版社 ,1997（责任编辑 文 楫 ）修改稿收到日期为 2008 年 10 月 16 日 。40353025201510505103078250753319频率 00 200 300 400 500 600 700 800 9001 000防火墙处理前后排左侧乘员右耳处防火墙隔声处理后后排左侧乘员右