某車型液壓助力轉向泵噪聲的測試與分析

吳煒加，黃啟涌，陳文波

（廣汽本田汽車有限公司，廣東 廣州 510700）

某車型液壓助力轉向泵噪聲的測試與分析

吳煒加，黃啟涌，陳文波

（廣汽本田汽車有限公司，廣東 廣州 510700）

文章介紹了對某車型液壓助力轉向泵工作噪聲進行試驗測試和階次分析的方法與結果。通過對量產件與市場返回件的噪聲對比測試，分析其噪聲階次、噪聲峰值及對應發動機轉速，逐步找出影響助力轉向泵噪聲最為關鍵的因素與性能水平，并最終得到峰值噪聲對應的特征頻率，為尋求改善方案提供了試驗數據支持。

液壓助力轉向泵；階次分析；噪聲測試；特征頻率

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.038

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-116-04

引言

某車型全新改款上市以來銷量良好，但隨后陸續收到一些市場反饋，認為在發動機低轉速時能聽到有別于發動機噪聲的“嗡嗡嗡”響聲，轉動方向盤時尤其明顯。經初步分析，響聲來源于該車型轉向系統中裝備的液壓助力轉向泵，如圖1、圖2所示。特約店對有關車輛助力轉向泵進行了全面檢查，包括對助力轉向油的油量、油質、油管，以及皮帶輪、安裝手法、螺栓扭力等進行確認或調整，該響聲無明顯改善。對部分車輛更換新的助力轉向泵，響聲仍無明顯改善。

隨后對該車型的助力轉向泵展開進一步調查。在該車型的全新改款中，軸距、車重有所增加，但同時卻要求車輛的轉向操控更加精準有力。要滿足這對矛盾的要求，就必須大力提升助力轉向泵的轉向性能指標。于是全新開發的助力轉向泵中的容積、油壓和流量都有所提高，泵中的葉片數量減少，轉子厚度減小，高壓流出口位置變更等，如圖3所示。因此，轉向性能的提升帶來了噪聲舒適性方面的一些損失，但其噪聲水平完全滿足國標及歐美相關法規對于車內噪聲的要求。

不過，進一步提高顧客滿意度，決定對助力轉向泵噪聲進行試驗測試，深入分析并努力改善其噪聲水平。

1、階次理論分析

發動機啟動之后，通過皮帶帶動液壓助力轉向泵的皮帶輪，再由皮帶輪帶動泵體中的轉子，最后由轉子葉片泵在助力油中的轉動提供液壓動力，以實現轉向助力。在正常情況下，液壓助力轉向泵工作時的振動與噪聲主要來源于葉片泵在助力油中的轉動沖擊，其主要噪聲的頻率與葉片泵的轉速相關，可以對其進行階次分析。

在實際測試中，取發動機曲軸轉速為外部信號。該車使用L4發動機，曲軸每轉動一圈，發動機4個缸總共點火兩次，產生兩次燃燒噪聲，因此發動機點火基頻噪聲認定為 2階。據此計算出助力轉向泵的理論基頻階次O1t為：

O1t=DE/DP*N

其中，DE為發動機皮帶輪直徑；DP為助力轉向泵皮帶輪直徑；N為助力泵中葉片數目。將相應參數值DE=161mm、DP=120mm、n=9代入公式計算，得到：O1t=12.075（階）。其高階諧音階次：二階O2t=2×O1t=24.150（階）；三階O3t=3×O1t=36.225（階）；以此類推。

2、試驗測試與分析

2.1 量產件的噪聲測試

為了把握助力轉向泵量產件的噪聲水平，先從供應商提供的量產助力轉向泵中隨機抽取20個件，先后換裝到同一臺試驗車上進行對比測試。

在半消聲室里使用噪聲與振動采集分析儀器進行噪聲采集，將聲壓傳感器懸掛在前排座椅中間耳朵位置，距內后視鏡500mm，距離頂棚220mm，如圖4、圖5所示。

雖然方向盤轉動時噪聲相對較大，但轉動的角度及角速度難以保持一致。又因為方向盤居中不動時與轉動方向盤時的助力泵噪聲值有著明顯的正向關系，因此在對比測試時，統一保持方向盤居中不動，以利于采集相同工況的噪聲數據進行比較。取發動機轉速信號為外部信號，采集1000RPM～4000RPM范圍內的噪聲，得到其三維階次瀑布圖，如圖6所示。

由圖中可以看到，噪聲較大的階次（彩色豎線）與前面計算的理論階次并不完全吻合，而是在其旁邊比之略小。這是由于助力轉向泵是由皮帶驅動，而皮帶有一定的滑移率，導致實際轉速略低于理論轉速，從而實際階次也就略低于理論階次。以O2t為例，其對應的實際階次O2r=23.875階，其皮帶傳動滑移率ε為：

將各參數值代入計算，得到ε=1.14%，與真實情況相符。因此，在數據分析中，用實際階次代替理論階次，本文以下內容所提到的助力轉向泵階次均使用實際階次。

取PS泵各階次噪聲及總聲壓級噪聲隨轉速的變化曲線，如圖7所示。

從曲線中可以看到：1.在轉速超過2000RPM后，各階次噪聲與總聲壓級噪聲差距很大（≧10dB），對總聲壓級噪聲貢獻很小；2.O1r、O2r、O3r各階次中主要是O2r=23.875階（綠線）在低轉速時出現靠近總聲壓級的噪聲，與市場所反饋的噪聲信息相一致。

根據以上分析結果，在進行新的試驗測試時，可以有針對性地將發動機轉速范圍縮小為1000RPM～2000RPM，主要關注O2r的曲線。

首先對20個量產件進行整車測試，圖8給出了前5個的曲線用以示意。

將全部20個泵在1000RPM～2000RPM范圍內的噪聲峰值及對應轉速提取出來，得到表1，其對應的散點分布如圖9所示。

表1 量產件的O2r峰值及對應轉速

由圖表可以看到量產車助力轉向泵的最大噪聲水平，其峰值（dB(A)）全部分布在區間：（37，43）之內，平均值為40.0dB(A)；峰值對應的發動機轉速（RPM）則主要分布在區間1：（1250，1350）與區間2：（1500，1560）之內。

2.2市場返回件的噪聲測試

隨機挑選10個市場返回件換裝到同一臺試驗車上，按照相同的工況進行測試。得到其O2r隨轉速的變化曲線、O2r峰值及對應轉速數據表與散點分布圖分布如圖9、表2與圖10所示。

表2 市場返回件的O2r峰值及對應轉速

由圖表可以看到市場返回助力轉向泵的最大噪聲水平，其峰值（dB(A)）全部分布在區間：（38，44）之內，平均值為 41.7dB(A)；峰值對應的發動機轉速（RPM）則主要分布在區間：（1250，1350）之內，及與量產件轉速區間1相同。

2.3測試結果的比較與分析

將20個量產件與10個市場返回件的峰值分布放到一起，如圖12所示，可以清楚看到二者的異同。

之所以量產件 O2r峰值噪聲出現在兩個轉速區間內，而市場返回件卻只出現在其中一個區間內，是因為區間 2：（1500，1560）對應的發動機轉速比區間1：（1250，1350）要高，在區間2出現的O2r峰值噪聲更容易被包括發動機噪聲在內的總聲壓級所掩蔽，相對而言不容易對顧客造成困擾，所以在市場返回件中沒有出現峰值噪聲分布在區間 2：（1500，1560）這種情況。因此，我們只需要關注 O2r峰值轉速出現在區間1的情況就可以了。

接下來進一步關注轉速區間 1內的分布狀況。由圖 12可以看到，在轉速區間1內挑選轉速分布最集中的狹小區間3：（1330，1345）進行分析，區間1中有22個數據，而在非常狹小的區間3內就包含了其中8個，這8個數據對應轉速的平均值為nave=1339RPM，該轉速下所對應的O2r噪聲的頻率為：

其中，n為發動機轉速，將nave=1339RPM，O2r=23.875帶入計算，得到f=533Hz，即助力轉向泵上導致O2r峰值噪聲的某個部件的特征頻率在533Hz附近。根據這個特征頻率，可以進一步找出共振部件加以改善以降低噪聲峰值。

3、結論

由于市場反饋某車型液壓助力轉向然后在整車上對20個助力轉向泵量產新件進行噪聲測試，從其結果中提取出各階實際階次O1r、O2r與O3r等，并進一步分析出影響感官舒適性最主要的因素是在發動機轉速處于1000RPM～2000RPM區間內的O2r峰值噪聲水平，做出其峰值噪聲與其對應轉速的散點分布圖。對10個市場返回件也做相應的測試與數據處理，并得到相應的峰值分布圖。比較二者之間的異同，從中分析提取出峰值分布最為集中的發動機轉速。最后使用O2r與轉速計算出峰值噪聲所對應的特征頻率。

泵工作噪聲明顯，因此需要對其進行測試分析。本文首先從助力泵結構入手計算出其各階理論階次O1r、O2r與O3r等，為在測試分析中應用階次分析做準備。

在下一步的工作中，可以以此為基礎，從助力轉向泵中找出特征頻率對應的部件，對其進行結構、質量、剛度等參數變更，從而避開共振，降低峰值噪聲。

后續根據測試分析得到的特征頻率找到了產生峰值噪聲的部件是助力轉向泵的皮帶輪。

在此基礎上進行了相應的對策變更：通過改變了其輪輻形狀、降低剛度、增加質量，更改葉片泵設計參數等設計變更。從而降低特征頻率，錯開了共振的峰值噪聲。此外還結合品質制造，提高工程制造精度等綜合措施。初步測結果顯示其變更能將噪聲控制在40dB(A)的目標之內，但仍需要進一步嚴格驗證，并在安裝到實車上之后接受最終的用戶檢驗。

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Measurement and Analysis of the Noise of A Type of Hydraulic Power Steering Pump

Wu Weijia, Huang Qiyong, Chen Wenbo
( Guangqi Honda Automobile Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510700 )

Describe the test methods and data results of the working noise of the hydraulic power steering pump running on a type of vehicle. Analyze the noise order, peak noise and the corresponding engine speed through the comparison of the noise level between the mass production pumps and market-returned ones. Then gradually find out the most critical factors affecting the noise level. And eventually calculate the peak-noise-corresponding eigen frequency, which is useful to improve the design.

Hydraulic power steering pump; Order analysis; Noise test; Eigen frequency

U463.2

A

1671-7988（2015）09-116-04

吳煒加，就職于廣汽本田汽車有限公司。