皮卡車異響問題的分析與解決

皮卡車異響問題的分析與解決

1主客觀感受的影響隨著汽車工業(yè)水平的提高，汽車車輛的噪音已成為汽車制造商最擔心的問題。而對噪聲的主客觀感受將會直接影響客戶對產(chǎn)品的選擇趨向。改善整車NVH性能,提高用戶滿意度,已經(jīng)成為車輛振動噪聲研究領域的重要方向。2發(fā)動機噪聲機理汽車是一個包括各種不同性質(zhì)噪聲的綜合噪聲源。按噪聲產(chǎn)生的部位,主要分為與發(fā)動機有關的噪聲,與排氣系統(tǒng)有關的噪聲,以及與傳動系統(tǒng)和輪胎有關的噪聲。1)發(fā)動機噪聲包括燃燒、機械、進氣、排氣、冷卻風扇及其他部件發(fā)出的噪聲。在發(fā)動機各類噪聲中,發(fā)動機燃燒噪聲和機械噪聲占主要成分。機械噪聲是指發(fā)動機工作時,各零件相對運動引起的撞擊,以及發(fā)動機內(nèi)部周期性變化的機械作用力在零部件上產(chǎn)生的彈性變形所導致的表面振動而引起的噪聲,包括活塞敲擊聲、氣門機構聲和正時齒輪聲。燃燒噪聲和機械噪聲都是有發(fā)動機本體發(fā)出的,并且隨著發(fā)動機轉速的增加,噪聲也增加。2)排氣系統(tǒng)噪聲發(fā)動機排出廢氣時,在排氣門附近,排氣歧管內(nèi)及排氣管口氣體壓力發(fā)生劇烈變化,在空氣中和排氣管內(nèi)產(chǎn)生壓力波,輻射出很強的噪聲。發(fā)動機排氣噪聲往往比發(fā)動機其他噪聲源的總噪聲高10~15dB。排氣噪聲按產(chǎn)生的原因分為3種:(1)排氣門開啟時產(chǎn)生的周期性排氣噪聲。(2)氣體渦流噪聲。(3)排氣管道共鳴噪聲。3)汽車傳動系統(tǒng)包括離合器、變速器(分動器)、傳動軸、驅(qū)動橋等。傳動系統(tǒng)噪聲主要來源于變速齒輪嚙合傳動的撞擊、振動和傳動軸的旋轉振動;另外,箱體軸承等方面也影響著噪聲的大小。齒輪噪聲以聲波向空間傳出的僅是一小部分,而大部分則是變速器、驅(qū)動橋的激振使各部分振動而產(chǎn)生的噪聲。輪胎噪聲是汽車的另一個重要的噪聲源。本文以異響產(chǎn)生→異響排查→異響驗證為思路,采用LMS振動噪聲測試儀器,以及專業(yè)的測試分析軟件Test.lab,闡述了異響問題的解決方法,具有很好的借鑒意義。3載荷測試結果某皮卡車空載加速經(jīng)過3500r/min和空載定轉速3500r/min時存在尖銳的哨音,較為刺耳,客戶難以接受。圖1是發(fā)動機機艙測試中,空載加速經(jīng)過3500r/min附近出現(xiàn)4800Hz的異常亮帶。圖2是發(fā)動機艙測試中,空載定轉速3500r/min附近出現(xiàn)4800Hz的異常亮帶。主觀排查,發(fā)現(xiàn)車底中部的哨音最為明顯,右前輪處次之,車前和車后最小。經(jīng)過客觀排查,并根據(jù)經(jīng)驗可知,4800Hz高頻噪聲的來源較大可能是氣動噪聲。因此從發(fā)動機本體、增壓器、排氣系統(tǒng)等入手。4.1機本體振動情況無論在試驗臺架上還是在整車上,發(fā)動機本體振動頻譜圖上,均未發(fā)現(xiàn)有4800Hz亮帶,見圖3。可以初步判斷,該異響與發(fā)動機本體的振動無關。4.2試驗測試為了驗證發(fā)動機在低負荷下工作時,是否處于增壓器的喘振邊緣,進行了如下試驗:空載恒定轉速試驗(1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min和3500r/min),測量發(fā)動機的進氣量和壓比。試驗結果證明,增壓器的全負荷及空載均在穩(wěn)定工作區(qū)間,見圖4。初步判斷該異響與增壓器工作狀況無關。4.3異響產(chǎn)生源的初步確定為查明車輛異響的原因,對整車進行噪聲、振動測試。結果表明,整車從前往后,4800Hz振動幅值大小排列如下:發(fā)動機缸蓋<增壓器<催化器前端<催化器后法蘭面>排氣管前中法蘭面>排氣管中后法蘭面>消聲器后>排氣口可見,催化器后面的排氣金屬編織軟管段對整個異響貢獻最大,結合聲學分析,可以初步確定該處為異響主要產(chǎn)生源。排氣系統(tǒng)模態(tài)經(jīng)過仿真和試驗驗證,均與此次異響頻率無關。4.3.2激勵引起排氣共振仿真分析和模態(tài)試驗分析得出,排氣系統(tǒng)的前6階固有模態(tài)都在100Hz以內(nèi),不可能是由于激勵引起排氣管共振而導致本次異響,參見表1。圖5為排氣系統(tǒng)有限元網(wǎng)格,圖6為排氣系統(tǒng)的模態(tài)分析結果(以1、5階為例)。4.3.3排氣金屬紡織管路系統(tǒng)異響性分析圖7~圖16分別給出了空載加速試驗中,增壓器噪聲噪聲頻譜,右前輪側噪聲頻譜,車底中部噪聲頻譜,增壓器振動頻譜,催化器前后端的振動頻譜,以及排氣管前中法蘭面、排氣管中后法蘭面由圖7~圖9可見,在增壓器處、右前輪側和車底中部噪聲頻譜圖中,均出現(xiàn)4500~4800Hz的亮帶。在圖10中的增壓器振動頻譜圖中,未發(fā)現(xiàn)有4800Hz亮帶,4100Hz判定為增壓器殼體模態(tài)。在圖11~圖14的催化器前、后法蘭面和排氣管前中、中后法蘭面的振動頻譜圖中,均出現(xiàn)4800Hz亮帶,振幅分別為0.5g、16.12g、6.61g、6.6g。在消聲器后(圖15)和排氣管中后法蘭面(圖16)振動頻譜圖中,均出現(xiàn)4800Hz亮帶,振幅分別為2.5g和1.4g。排氣金屬編織軟管段本身,振動和噪聲上均沒有4800Hz這個異響頻率存在。進一步拆解發(fā)現(xiàn),排氣系統(tǒng)工藝制造缺陷是造成此次異響的最終原因。圖18為拆下的排氣金屬編織軟管段。圖19為排氣管法蘭面接口的縫隙,此排氣管道焊接工藝不佳,導致法蘭面與管路不垂直,出現(xiàn)較大縫隙。排氣出口處的高速氣流沖擊狹縫,是產(chǎn)生此次哨音的根本原因。6排氣金屬紡織熱管經(jīng)過以上試驗得出:(1)發(fā)動機本體和增壓器并非異響產(chǎn)生根源。(2)加速工況下,拆除排氣金屬編織軟管段后,4000~4200Hz和4500~4800Hz的異常頻段完全消失。發(fā)動機在勻速3500r/min工況下,拆除排氣金屬編織軟管段后,4800Hz的異響也完全消失。(3)該皮卡車,加速和勻速下,異響主要位置為排氣金屬編織軟管。建議對排氣系統(tǒng)法蘭、排氣金屬編織軟管及催化器的加工與設計進行詳細排查整改,優(yōu)化結構設計和生產(chǎn)工藝,杜絕不合格產(chǎn)品。(4)排氣系統(tǒng)模態(tài)經(jīng)過仿真和試驗驗證,均與此次異響頻率無關。4不同的聲音檢測將發(fā)動機從整車上拆卸后,在發(fā)動機