車內怠速噪聲分析及動力總成懸置系統試驗*

胡曉明，楊為云

(山東省勝利油田孤東采油廠特車大隊，山東 東營 257237)

1 前言

筆者通過對某型國產汽車的整車怠速振動噪聲試驗和子系統試驗確定影響車內噪聲振動的主要因素，了解發動機振動激勵和車內噪聲的頻譜特性，分析動力懸置系統在在各種頻率和轉速下的減振和振動傳遞特性，進而從減少振動傳遞的角度確定改進優化的方向。

2 整車振動噪聲試驗

測點布置:轉速信號，駕駛員耳旁噪聲信號，進氣管、前圍板、車廂頂板、發動機懸置發動機側、方向盤、駕駛員座椅調整導軌處的振動加速度信號，如圖1所示。

圖1 部分傳感器的安裝位置

試驗工況:按照上述試驗設置，進行車輛定置發動機怠速800 r/min熱車工況的試驗，試驗中同時記錄各處振動加速度、發動機轉速和車內噪聲信號。

下文中的X、Y、Z方向定義采用通用的發動機坐標系方向，X方向為曲軸軸線方向，Z向為汽缸軸線方向，Y軸方向由右手定則確定。

2.1 車輛定置發動機怠速試驗

圖2 發動機各方向振動加速度信號對比

對怠速工況下的振動噪聲信號進行頻譜分析，如圖2、3所示。車輛定置發動機試驗參照GB/T14365－93《聲學－機動車定置噪聲測量方法》的規定進行，試驗過程中變速器掛空擋、拉緊手制動器、離合器接合。車輛門窗關閉，車內乘坐一名駕駛員和一名試驗員。

圖3 駕駛員右耳旁噪聲的頻譜

從圖2中可看出，發動機各方向的振動加速度信號頻率成分的最大值出現在27 Hz處，即在發動機怠速工作轉速(800 r/min)基頻(約13.5 Hz)的2倍頻處，而且非常突出。3各方向的信號對比，在Z方向的幅值最大。可以認為怠速工況時發動機振動激勵中Z方向是主要因素。

從圖3(a)中可看出，在可聞頻域中，噪聲的主要能量集中在頻率200 Hz以內。對噪聲信號進行400 Hz內的FFT分析，如圖3(b)，27 Hz處出現明顯的峰值，通過與圖2中的峰值對比，可以初步判定此頻率的振動噪聲是引起車內噪聲的最主要振源。

3 懸置系統試驗

以上的試驗說明發動機的振動噪聲激勵是引起怠速工況下車內噪聲的主要因素，本文將從降低發動機振動能量向車內的傳遞，即優化動力總成懸置系統的隔振性能的角度，對降低車內噪聲進行討論。本課題所研究的試驗汽車發動機動力總成在車架上橫向放置，懸置系統采用3個橡膠懸置，如圖4所示。

圖4 動力總成懸置系統

3.1 試驗方案

3.1.1 試驗方案的確定

對于多自由度的振動系統，只測量某一點的振動是不能評價其隔振性能的。本文采用3個懸置的加速度傳遞率評價隔振效果［4］。

根據以上試驗獲得的發動機激勵的特性和感興趣的主要工況，選擇0～200 Hz作為分析頻率。主要測試發動機在800 r/min左右熱車工況下的懸置減振特性。

3.1.2 測點選擇及試驗儀器

本文在試驗時對該發動機左、右、后三個懸置元件隔振前后各組懸置的X、Y、Z三個方向的加速度信號進行了同時采集，分析頻率為200 Hz。圖5所示為加速度傳感器在懸置元件上的對應安裝位置。

5 右懸置處加速度傳感器的布置

試驗儀器:B＆K 3560D振動噪聲測試系統，PULSE軟件包4506B 3向加速度傳感器，KMT轉速計。

3.1.3 隔振性能指標

測試中常用的就是頻率響應函數評價隔振效果，測量懸置上方測點和懸置下方測點的加速度信號，然后計算上測點信號對應下測點信號的頻率響應函數，即:

式中:X2(ω)右懸置車身側振動加速度信號的傅立葉變換;X1(ω)右懸置發動機側振動加速度信號的傅立葉變換。

3.2 試驗數據分析

3.2.1 怠速試驗懸置系統減振效果分析

發動機穩定在800 r/min怠速工況下懸置系統減振性能試驗獲取的部分數據如圖6。

從圖6中的時域及頻率響應函數可以看出，動力總成各懸置處的Z方向加速度信號(如時域波形中的淺色線所示)經橡膠懸置減振后，幅值得到了較大的衰減(如時域波形中的深色線所示)。在200 Hz以下的頻帶內，大部分區域內，加速度傳遞率能夠達到40%以下。只有左懸置在20 Hz左右衰減效果較差，只有80%左右。

從圖7中可以看出，各懸置對Y向振動的衰減效果較差。在30 Hz處左懸置的振動加速度放大了3.56倍，而在發動機主要激勵頻率的27 Hz處，傳遞率為2.23，因此左懸置在這個頻段沒有起到隔振作用。后懸置在27 Hz處的隔振率只有0.95，由于后懸置直接與車身的前圍板直接通過螺栓聯接，因此將27 Hz的Y向振動直接變為前圍板的法向振動，對車內的噪聲影響較大。懸置系統對于X方向的振動的衰減情況與Z方向類似。

圖6 怠速時各懸置Z方向振動加速度時域波形及響應傳遞函數

圖7 怠速時各懸置Y方向振動加速度頻率響應函數

4 結論

本文完成了試驗汽車整車振動噪聲試驗和懸置系統減振性能試驗，主要得出以下結論:

(1)試驗車型的發動機的二階振動是振動激勵的主要頻率成分，且Z方向的振動是主要激勵方向;

(2)發動機的二階振動噪聲是車輛定置工況下引起車內噪聲的主要因素;

(3)懸置系統對于Z方向的振動能夠起到較好的衰減作用，但部分懸置在Y方向的減振效果較差，需要采取措施予以改善。

［1］龐 劍，甚 剛，何 華.汽車噪聲與振動－理論與應用［M］.北京理工大學出版社，2006.

［2］佟德純.工程信號處理及應用［M］.上海:上海交通大學出版社，1989.

［3］史文庫.發動機懸置支承在彈性基礎上的隔振特性分析［J］.汽車技術，1998，7(7):32 －34.

［4］陳繼紅.汽車發動機懸置系統的一些設計問題［J］.噪聲與振動控制，1992，1(8):87 －95.