皮卡车异响问题的分析与解决

皮卡车异响问题的分析与解决

1主客观感受的影响随着汽车工业水平的提高，汽车车辆的噪音已成为汽车制造商最担心的问题。而对噪声的主客观感受将会直接影响客户对产品的选择趋向。改善整车NVH性能,提高用户满意度,已经成为车辆振动噪声研究领域的重要方向。2发动机噪声机理汽车是一个包括各种不同性质噪声的综合噪声源。按噪声产生的部位,主要分为与发动机有关的噪声,与排气系统有关的噪声,以及与传动系统和轮胎有关的噪声。1)发动机噪声包括燃烧、机械、进气、排气、冷却风扇及其他部件发出的噪声。在发动机各类噪声中,发动机燃烧噪声和机械噪声占主要成分。机械噪声是指发动机工作时,各零件相对运动引起的撞击,以及发动机内部周期性变化的机械作用力在零部件上产生的弹性变形所导致的表面振动而引起的噪声,包括活塞敲击声、气门机构声和正时齿轮声。燃烧噪声和机械噪声都是有发动机本体发出的,并且随着发动机转速的增加,噪声也增加。2)排气系统噪声发动机排出废气时,在排气门附近,排气歧管内及排气管口气体压力发生剧烈变化,在空气中和排气管内产生压力波,辐射出很强的噪声。发动机排气噪声往往比发动机其他噪声源的总噪声高10~15dB。排气噪声按产生的原因分为3种:(1)排气门开启时产生的周期性排气噪声。(2)气体涡流噪声。(3)排气管道共鸣噪声。3)汽车传动系统包括离合器、变速器(分动器)、传动轴、驱动桥等。传动系统噪声主要来源于变速齿轮啮合传动的撞击、振动和传动轴的旋转振动;另外,箱体轴承等方面也影响着噪声的大小。齿轮噪声以声波向空间传出的仅是一小部分,而大部分则是变速器、驱动桥的激振使各部分振动而产生的噪声。轮胎噪声是汽车的另一个重要的噪声源。本文以异响产生→异响排查→异响验证为思路,采用LMS振动噪声测试仪器,以及专业的测试分析软件Test.lab,阐述了异响问题的解决方法,具有很好的借鉴意义。3载荷测试结果某皮卡车空载加速经过3500r/min和空载定转速3500r/min时存在尖锐的哨音,较为刺耳,客户难以接受。图1是发动机机舱测试中,空载加速经过3500r/min附近出现4800Hz的异常亮带。图2是发动机舱测试中,空载定转速3500r/min附近出现4800Hz的异常亮带。主观排查,发现车底中部的哨音最为明显,右前轮处次之,车前和车后最小。经过客观排查,并根据经验可知,4800Hz高频噪声的来源较大可能是气动噪声。因此从发动机本体、增压器、排气系统等入手。4.1机本体振动情况无论在试验台架上还是在整车上,发动机本体振动频谱图上,均未发现有4800Hz亮带,见图3。可以初步判断,该异响与发动机本体的振动无关。4.2试验测试为了验证发动机在低负荷下工作时,是否处于增压器的喘振边缘,进行了如下试验:空载恒定转速试验(1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min和3500r/min),测量发动机的进气量和压比。试验结果证明,增压器的全负荷及空载均在稳定工作区间,见图4。初步判断该异响与增压器工作状况无关。4.3异响产生源的初步确定为查明车辆异响的原因,对整车进行噪声、振动测试。结果表明,整车从前往后,4800Hz振动幅值大小排列如下:发动机缸盖<增压器<催化器前端<催化器后法兰面>排气管前中法兰面>排气管中后法兰面>消声器后>排气口可见,催化器后面的排气金属编织软管段对整个异响贡献最大,结合声学分析,可以初步确定该处为异响主要产生源。排气系统模态经过仿真和试验验证,均与此次异响频率无关。4.3.2激励引起排气共振仿真分析和模态试验分析得出,排气系统的前6阶固有模态都在100Hz以内,不可能是由于激励引起排气管共振而导致本次异响,参见表1。图5为排气系统有限元网格,图6为排气系统的模态分析结果(以1、5阶为例)。4.3.3排气金属纺织管路系统异响性分析图7~图16分别给出了空载加速试验中,增压器噪声噪声频谱,右前轮侧噪声频谱,车底中部噪声频谱,增压器振动频谱,催化器前后端的振动频谱,以及排气管前中法兰面、排气管中后法兰面由图7~图9可见,在增压器处、右前轮侧和车底中部噪声频谱图中,均出现4500~4800Hz的亮带。在图10中的增压器振动频谱图中,未发现有4800Hz亮带,4100Hz判定为增压器壳体模态。在图11~图14的催化器前、后法兰面和排气管前中、中后法兰面的振动频谱图中,均出现4800Hz亮带,振幅分别为0.5g、16.12g、6.61g、6.6g。在消声器后(图15)和排气管中后法兰面(图16)振动频谱图中,均出现4800Hz亮带,振幅分别为2.5g和1.4g。排气金属编织软管段本身,振动和噪声上均没有4800Hz这个异响频率存在。进一步拆解发现,排气系统工艺制造缺陷是造成此次异响的最终原因。图18为拆下的排气金属编织软管段。图19为排气管法兰面接口的缝隙,此排气管道焊接工艺不佳,导致法兰面与管路不垂直,出现较大缝隙。排气出口处的高速气流冲击狭缝,是产生此次哨音的根本原因。6排气金属纺织热管经过以上试验得出:(1)发动机本体和增压器并非异响产生根源。(2)加速工况下,拆除排气金属编织软管段后,4000~4200Hz和4500~4800Hz的异常频段完全消失。发动机在匀速3500r/min工况下,拆除排气金属编织软管段后,4800Hz的异响也完全消失。(3)该皮卡车,加速和匀速下,异响主要位置为排气金属编织软管。建议对排气系统法兰、排气金属编织软管及催化器的加工与设计进行详细排查整改,优化结构设计和生产工艺,杜绝不合格产品。(4)排气系统模态经过仿真和试验验证,均与此次异响频率无关。4不同的声音检测将发动机从整车上拆卸后,在发动机