某皮卡车内轰鸣问题分析与改进

论文题目某皮卡车内轰鸣问题分析与改进北汽福田汽车股份有限公司薛皓文姜建中孙勃2014年3月20日目录1引言12车内轰鸣问题产生原因分析13声源排查231轰鸣现象详细描述232声源排查试验433问题改进结果104结论12摘要本文总结了车内轰鸣问题产生的原因，运用试验手段，找到了引起某皮卡车内轰鸣问题的根源，通过优化进气管结构和降低传动系统扭振，消除了轰鸣。为同类问题的解决提供参考。BOOMINGANALYSISANDIMPROVEOFONEPICKUPABSTRACTTHEREASONSOFBOOMINGAREDISCUSSEDBYMEANSOFTEST,BOOMINGISSUESOFONEPICKUPHAVEBEENFOUNDBYOPTIMUMDESIGNOFINTAKEPIPEANDTHETORQUEVIBRATIONOFPOWERTRAIN,INTERIORNOISEISREDUCEDEFFECTIVELYTHEMETHODANDEXPERIENCECANBEREFERREDLATER关键词轰鸣参考文献1陈家瑞汽车构造下册北京人民交通出版社，200222韩松涛降低轿车车内异常噪声的研究20041引言汽车车内声学特性是车辆舒适性的重要指标之一。随着客户对产品的性能要求越来越高，汽车的噪声性能及声音品质的高低越发成为产品竞争力的重要因素。实践表明，汽车上几乎所有子系统都与噪声问题紧密联系。因此，即使在整车开发过程中，对整车及主要系统进行了相应的指标设定及控制，有时仍不能完全避免问题的发生。车内轰鸣是一类常见的NVH问题，极易引起顾客的抱怨，因为轰鸣声会让人感受到强烈的耳膜压迫感，时间长了还会引起头晕、恶心等症状，严重时感到焦虑不安、头痛甚至呕吐，因此，消除或降低车内轰鸣声是NVH工程师的重要工作。某皮卡车发现了如下的轰鸣问题定置状态，发动机转速上升到3500RPM以上时，车内突然出现异常的轰鸣声；四档急加速工况时，发动机转速为1550RPM左右出现明显的轰鸣声；五档急加速工况时，发动机转速1440RPM左右出现明显的轰鸣声。本文对以上几个轰鸣问题，进行了声源排查试验设计，找到相应的声源，并通过改进设计，最终使轰鸣问题得到改善。2车内轰鸣问题产生原因分析如引言所述，轰鸣问题在定置加速状态及加速行驶过程中都可能存在，不同工况下产生的问题引起的原因可能不一样，针对具体问题需具体分析。应用控制工程的理论，根据汽车构造及原理，将传递函数模型转化为与汽车相关的源、传递路径、响应模型，可初步定性的分析出轰鸣声产生的机理及可能原因，如表1。表1轰鸣声产生机理及原因分析模型影响因素可能原因动力总成振动燃烧激励、旋转不平衡（曲轴、飞轮）、离合器刚度排气系统噪声排气系统的消音特性、排气管的共振进气系统噪声进气系统的消音特性、空滤系统共振源动力附件振动散热器、主要管路共振动力总成悬置悬置刚度及刚体模态解耦设计传动系扭振控制、传动轴吊挂刚度结构路径悬架系统悬架系统隔振特性空气传播结构振动产生噪声通过空气振动传播空腔共鸣声腔模态响应车身局部板件振动面板振动贡献度分析3声源排查31轰鸣现象详细描述从引言中对某皮卡车的轰鸣现象描述看，该车的轰鸣问题主要分为两类，一类是与传动系振动无关，在定置状态，仅发动机运转，车辆并不行驶；一类与传动系振动有关，并且在4档和5档工况下，轰鸣声产生的发动机转速与变速箱速比有关。图1是整车定置状态，缓加速工况下，驾驶员耳旁噪声图。其中红色曲线为OVERALL曲线，绿色曲线是从图2提取出的发动机2阶燃烧阶次曲线，从图中可以看出，发动机转速运转到3500RPM以上产生的声音突变主要由发动机振动激励引起。图1驾驶员右耳旁噪声声压随发动机转速变化曲线图2驾驶员耳旁噪声声压随发动机转速变化的COLORMAP图图3和图4中红色曲线分别是4档和5档急加速工况下，驾驶员耳旁噪声声压级随发动机转速变化的曲线，图中绿色曲线是对应工况下发动机2阶激励的阶次曲线。由于引起轰鸣的发动机转速与挡位有关，判断引起轰鸣的原因与传动系统有一定关系，发动机2阶激励被传动系振动放大后传递到车内。00050000HZDRESCH17005000RPMTACHO1T13580DBAPA19912113152633619700360010002000300015002500RPM408050607045556575DBAPA000100AMPLITUDE155995FOVERALLLEVELDRESAFORDER200DRESA70050002000300040001500250035004500RPM408050607045556575DBAPAFOVERALLLEVELDRESAFORDER200DRESA图34档急加速工况下驾驶员耳旁噪声声压随发动机转速变化曲线图45档急加速工况下驾驶员耳旁噪声声压随发动机转速变化曲线32声源排查试验针对该车的第一类问题，在排除传动系统的影响后，根据表1的初步分析，从进气、排气、发动机悬置、板件振动及动力附件几个角度出发，设计了如下几个试验进行准确的声源确定。321进排气系统试验进、排气系统分别外接绝对消音器，图5和图6是外接绝对消音器后，车内驾驶员耳旁噪声的变化对比，可以看出，两种工况下，35004500RPM时，车内噪声有变化，但声压级突然增大的趋势依然存在，可排除进排气系统空气传播噪声的影响。图5加进气绝对消音器后驾驶员耳旁噪声变化（红色；原状态绿色加绝对消音7002800100000200000150000250000RPM408050607045556575DBAPA000100AMPLITUDE145803FOVERALLLEVELDRESAFORDER200DRESA80050002000300040001500250035004500RPM408550607080DBAPA000100AMPLITUDEFOVERALLLEVELDERSARUN3FOVERALLLEVELDERSAINTAKE_BAM_3器）70000500000200000300000400000150000250000350000RPM40855060708045556575DBAPA000100AMPLITUDEFOVERALLLEVELDERSASECTION1RUN3FOVERALLLEVELDRESANOISENEWEXHAUSTJUEXIAOIDLEPOT2图6加排气绝对消音器后驾驶员耳旁噪声变化（红色；原状态绿色加绝对消音器）322动力总成悬置隔振试验为考查发动机悬置的隔振性能，对比了两款匹配同样发动机的车型动力总成三个悬置上下两侧发动机2阶激励的振动曲线，如图8。可看出，发动机前左和前右悬置的振动衰减情况两车型基本相同，只是皮卡车型的后悬置车身侧振动在3500RPM以上振动发生突变，衰减变差，与驾驶员耳旁噪声曲线的趋势接近。为确认后悬置对噪声的影响，特制作工装，将后悬置固定在支架上，将支架固定在地面上，断开与车身的连接，见图7。对该状态进行了主观评价，车内噪声峰值无明显变化。由此得出，动力总成悬置不是引起该轰鸣的主要路径和原因。图7发动机后悬置隔断处理图8动力总成悬置上下两侧发动机2阶激励的振动曲线（依次是前左、前右、后悬置）323车内声场及面板贡献度试验根据31中问题现象描述及以上排查试验，判断是否由发动机2阶激励板件共振引起，为此在车内各主要位置布置传感器，简单了解声场的分布情况。图9是驾驶室内各主要位置测得的噪声OVERALL曲线，可以看出，车内各位置噪声声压级都在发动机转速达到3500RPM以后突然增大，尤其以驾驶员头顶部位噪声最大。在驾驶员头顶对应的顶盖部位增加20KG质量，测试后发现同样测点位置的噪声有所下降，见图10。但整体趋势仍没有变化，由此判断局部板件振动被抑制后只能降低车内噪声，并不能消除噪声，因此不是噪声源。70000500000RPM00110000LOGM/S2000100AMPLITUDEFORDER200ENGINESUSLUZFORDER200ENGINESUSRDZFORDER200PMFLD01ZFORDER200PMFLU01Z70000500000RPM00110000LOGM/S2000100AMPLITUDEFORDER200ENGINESUSRDZFORDER200ENGINESUSRUZFORDER200PMFRD01ZFORDER200PMFRU01Z70000500000RPM00110000LOGM/S2100E91000LOG359336FORDER200ENGINESUSREARDZFORDER200ENGINESUSREARUZFORDER200PMRU01ZFORDER200PMRD01Z红色皮卡车型绿色其他车型实线发动机侧虚线车身侧70000500000200030004000150025003500LINEARRPM4090506070804555657585DBAPA000100AMPLITUDE350718483904FOVERALLLEVELDRESAFOVERALLLEVELDRIVERDSAFOVERALLLEVELPASSDSAFOVERALLLEVELPLESAFOVERALLLEVELREARLRESAFOVERALLLEVELREARRLESAFOVERALLLEVELSHOUSHASAFOVERALLLEVELTOPDRIVER1SAFOVERALLLEVELTOPMID1SAFOVERALLLEVELTOPPASS1SAFOVERALLLEVELTOPREARL1SAFOVERALLLEVELTOPREARR1SA图9驾驶室内各测点位置噪声分布情况图10驾驶员头部对应的顶盖部位增加质量前后噪声对比（红色原状态，绿色加质量）324动力附件振动试验在发动机缸体、增压器、进气管、空滤器等主要动力附件上布置加速度传感器，排查是否由动力附件共振引起车内轰鸣声。经测试发现空滤器X、Y向、中冷器后进气管X、Y向的振动OVERALL曲线在发动机转速3100RPM以上振动突然增大，与驾驶员耳旁噪声曲线的趋势接近，并且中冷后进气管的振动能量比空滤器的振动能量大很多，见图11。由此，判断进气管路的振动对车内噪声的影响较大，为进一步证实该判断，对实车状态下该段进气管进行了锤击法模态试验，确定其振动的固有频率。图12显示300HZ以内，锤击试验的相干函数在感兴趣的频带内接近1，试验的结果可靠。图13为测点位置及其三个方向的频响函数，两个主要峰值频率为10278HZ和14265HZ，且两个峰值的能量分布频带较宽，对应发动机2阶激励的转速正好在3100RPM4300RPM左右，由此确定该段进气管的共振为引起该车第一类问题的主要原因。700500010002000300040001500250035004500RPM4090506070804555657585DBAPA000100AMPLITUDE424574FOVERALLLEVELTOPDRIVER2SAIDLEPOT2SHADAI2FOVERALLLEVELTOPDRIVER2SAIDLEPOT2280000500000RPM0011000LOGG100E91000LOG316386481928FOVERALLLEVELINTAKE_QIGUANYRUN2FOVERALLLEVELINTAKE_QIGUANXRUN2FOVERALLLEVELINTAKE_BOXYRUN2FOVERALLLEVELINTAKE_BOXXRUN2图11中冷后进气管及空滤处测点振动OVERALL曲线（红色、蓝色分别是空滤器上测点的X向和Y向，青色、绿色分别为进气管上测点的X向和Y向）00030000HZ001100LOG/10000000DBFCOHERENCEGUANY/FORCEYRUN2FCOHERENCEGUANX/FORCEXRUN3XFCOHERENCEGUANZ/FORCEZRUN3Z图12中冷后进气管测点三个方向的相干函数00030000HZ000310AMPLITUDEG/N000100AMPLITUDE1027814265FFRFGUANZ/FORCEZFFRFGUANX/FORCEXFFRFGUANY/FORCEY图13进气管测点位置及其三向频响函数曲线325传动系振动试验针对31中第二类问题现象的详细描述，按照表1的原因分析，初步判断此类问题与动力传动系统的扭振有关。图14是典型的前置后驱车型的动力传动系统扭转振动模型简图。可以看出，组成动力传动系统的各个部件具有自身的转动惯量及扭转刚度，在满足强度及工程设计要求的前提下，改变这些参数，合理的分布传动系统的扭转模态，使其避开发动机扭振激励的敏感转速范围，对提高整车的NVH性能具有很高的指导意义。根据以往车型的工程经验及最容易实现的措施，进行了加装双质量飞轮效果验证、传动轴加调谐减震器效果验证及改变离合器相关参数（见表2）后效果验证试验，试验措施如图15，试验结果详见33。I1I2I3I4I5I7I8K1K2K3K4K5K6K8K7I1曲柄连杆机构及飞轮、压盘的转动惯量曲柄连杆机构及飞轮、压盘的转动惯量I2离合器从动盘上的从动盘毂当量转动惯量离合器从动盘上的从动盘毂当量转动惯量I3变速箱旋变速箱旋转件当量转动惯量转件当量转动惯量I4传动轴传动轴当量转动惯量当量转动惯量I5后差速器及从动齿轮当量转动惯量后差速器及从动齿轮当量转动惯量I6I7车轮当量转动惯量车轮当量转动惯量I8整车平动当量转动惯量整车平动当量转动惯量K1离合器扭转减振器刚度离合器扭转减振器刚度K2变速箱变速箱一轴刚度一轴刚度K3变速变速箱二轴刚度箱二轴刚度K4传动轴刚度传动轴刚度K5K6半轴刚度半轴刚度K7K8车轮扭转刚度车轮扭转刚度图14动力传动系统简化模型（其中转动惯量单位为KGM2、刚度单位为NM/RAD）图15双质量飞轮及传动轴调谐减震器样件表2离合器参数对比表状态扭转特性正侧负侧最大扭转角185MIN115MIN一阶段049NM/07049NM/03扭转刚度（参考）二阶段324NM/719324NM/312一阶段28542NM/AT35原始状态滞后扭矩（参考）二阶段10829NM/AT10最大扭转角331MIN251MIN一阶段049NM/08049NM/02二阶段655NM/810655NM/24三阶段131NM/10326131NM/4261扭转刚度（参考）四阶段745NM/326一阶段2006NM/AT3改进状态滞后扭矩（参考）二阶段15739NM/AT2033问题改进结果331定置状态发动机转速3500RPM以上轰鸣问题改进结果将中冷器后进气管由不锈钢管改成部分橡胶软管后，定置缓加速工况，驾驶员耳旁噪声声压级有明显下降，最高降幅在14DB，见图17。图16中冷后进气管样件（左原状态；右改进状态）7000530002000300040001500250035004500RPM4090506070804555657585DBAPA000100AMPLITUDE42668485617148FOVERALLLEVELDRESAFOVERALLLEVELDRESA图17、定置缓加速驾驶员内耳噪声曲线（红原状态；绿安装胶管）332行驶状态4档、5档发动机1500RPM左右车内轰鸣问题改进结果更换双质量飞轮、在传动轴前端加装调谐减震器（频率50HZ）及调整离合器参数后的加速工况的试验结果分别如图1820。可以看出1500RPM左右的轰鸣峰值均有下降，其中4档最高降幅在10DB左右。90020001000RPMTACHO1BAPA1545946405FOVERALLLEVELDRESA传传传传传传传传传传FOVERALLLEVELDRESA传传传传传图18安装双质量飞轮后4档加速工况驾驶员耳旁噪声OVERALL曲线（红色原状态；绿色双质量飞轮）图19安装传动轴调谐减震器后4800200010001500LINEARRPMTACHO1BAPA000100AMPLI