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(dān)心的問題。而對(duì)噪聲的主客觀感受將會(huì)直接影響客戶對(duì)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(dòng)噪聲研究領(lǐng)域的重要方向。2發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲機(jī)理汽車是一個(gè)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(dòng)機(jī)有關(guān)的噪聲,與排氣系統(tǒng)有關(guān)的噪聲,以及與傳動(dòng)系統(tǒng)和輪胎有關(guān)的噪聲。1)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲包括燃燒、機(jī)械、進(jìn)氣、排氣、冷卻風(fēng)扇及其他部件發(fā)出的噪聲。在發(fā)動(dòng)機(jī)各類噪聲中,發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲和機(jī)械噪聲占主要成分。機(jī)械噪聲是指發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),各零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的撞擊,以及發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部周期性變化的機(jī)械作用力在零部件上產(chǎn)生的彈性變形所導(dǎo)致的表面振動(dòng)而引起的噪聲,包括活塞敲擊聲、氣門機(jī)構(gòu)聲和正時(shí)齒輪聲。燃燒噪聲和機(jī)械噪聲都是有發(fā)動(dòng)機(jī)本體發(fā)出的,并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,噪聲也增加。2)排氣系統(tǒng)噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣時(shí),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(qiáng)的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲往往比發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)包括離合器、變速器(分動(dòng)器)、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等。傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲主要來源于變速齒輪嚙合傳動(dòng)的撞擊、振動(dòng)和傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng);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(dòng)橋的激振使各部分振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。輪胎噪聲是汽車的另一個(gè)重要的噪聲源。本文以異響產(chǎn)生→異響排查→異響驗(yàn)證為思路,采用LMS振動(dòng)噪聲測(cè)試儀器,以及專業(yè)的測(cè)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(cè)試結(jié)果某皮卡車空載加速經(jīng)過3500r/min和空載定轉(zhuǎn)速3500r/min時(shí)存在尖銳的哨音,較為刺耳,客戶難以接受。圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙測(cè)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(dòng)機(jī)艙測(cè)試中,空載定轉(zhuǎn)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(yàn)可知,4800Hz高頻噪聲的來源較大可能是氣動(dòng)噪聲。因此從發(fā)動(dòng)機(jī)本體、增壓器、排氣系統(tǒng)等入手。4.1機(jī)本體振動(dòng)情況無論在試驗(yàn)臺(tái)架上還是在整車上,發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)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(dòng)機(jī)本體的振動(dòng)無關(guān)。4.2試驗(yàn)測(cè)試為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷下工作時(shí),是否處于增壓器的喘振邊緣,進(jìn)行了如下試驗(yàn):空載恒定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)(1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min和3500r/min),測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量和壓比。試驗(yàn)結(jié)果證明,增壓器的全負(fù)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(guān)。4.3異響產(chǎn)生源的初步確定為查明車輛異響的原因,對(duì)整車進(jìn)行噪聲、振動(dòng)測(cè)試。結(jié)果表明,整車從前往后,4800Hz振動(dòng)幅值大小排列如下:發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)整個(gè)異響貢獻(xiàn)最大,結(jié)合聲學(xué)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(yàn)驗(yàn)證,均與此次異響頻率無關(guān)。4.3.2激勵(lì)引起排氣共振仿真分析和模態(tài)試驗(yàn)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(lì)引起排氣管共振而導(dǎo)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(jié)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(yàn)中,增壓器噪聲噪聲頻譜,右前輪側(cè)噪聲頻譜,車底中部噪聲頻譜,增壓器振動(dòng)頻譜,催化器前后端的振動(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)和噪聲上均沒有4800Hz這個(gè)異響頻率存在。進(jìn)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(dǎo)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(yàn)得出:(1)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(duì)排氣系統(tǒng)法蘭、排氣金屬編織軟管及催化器的加工與設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)排查整改,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)證,均與此次異響頻率無關(guān)。4不同的聲音檢測(cè)將發(fā)動(dòng)機(jī)從整車上拆卸后,在發(fā)動(dòng)機(jī)