液壓轉向助力系統噪聲研究

2015-05-07 09:49:18陶維龍陳樂強金明劉志鵬

機械工程師 2015年5期

陶維龍，陳樂強，金明，劉志鵬

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥230601）

0 引言

隨著國內汽車工業的不斷發展及人們生活水平的不斷提高，汽車的NVH性能已經成為人們重點關注的關鍵性能之一。一個良好的汽車品牌形象必須有良好的NVH性能作為支撐。經過技術人員的不斷創新，汽車主要噪聲源（如發動機、進氣系統、排氣系統等）噪聲性能已得到了極大改善，這也使得原先不被人們所關注的一些噪聲問題凸顯出來。液壓助力轉向系統噪聲就屬于這一類問題，該噪聲使人感到煩躁不安，降低了產品品質，嚴重時會影響相關零部件的使用壽命。

本文對液壓助力轉向系統噪聲的產生機理進行了綜合分析，指出對轉向泵及油管噪聲的分析方法。最后通過一款車型的案例，進行液壓轉向助力系統噪聲的問題確定、原因分析和優化方案，最終解決該項問題。

1 液壓助力轉向系統噪聲產生機理

液壓助力轉向系統噪聲對整車NVH性能的影響主要表現在怠速工況下。液壓助力轉向系統噪聲主要來源于轉向泵噪聲及油管振動引起的結構噪聲。

1.1 轉向泵噪聲

當今國內外市場大多使用葉片泵作為汽車的助力轉向泵。葉片泵的噪聲可分為困油噪聲、脈動噪聲、氣蝕噪聲和碰撞噪聲4大類。

1）困油噪聲。當葉片泵兩葉片之間工作腔進入排油或吸油腔時，將產生從排油腔到工作腔和工作腔到吸油腔的回沖和逆流。若排油壓力過高，葉片等部件就會受到較大沖擊，從而激發困油噪聲。

2）脈動噪聲。葉片泵中液壓油的流量及壓力呈周期性變化，這種變化會引起油液產生周期性的脈動，繼而產生在流體中傳播的壓力波，壓力波會引起系統中元件及管路受迫振動產生噪聲。

3）碰撞噪聲。碰撞噪聲由葉片與定子曲線摩擦、碰撞引起，葉片與定子發生摩擦主要是由于葉片所受液壓力不平衡，底部受力過大。造成葉片頂部與定子表面接觸比壓過大，從而產生噪聲。

4）氣蝕噪聲。油液被吸入時，若油液中溶解或混入了一定的氣體，當局部區域油液壓力下降至空氣分離壓時，一部分氣體就逐漸從液體中分離出來形成氣泡。氣泡破裂時產生氣蝕噪聲。

1.2 油管結構噪聲

油管與轉向泵直接相連，當轉向泵泵油時會產生一個激勵。當該激勵頻率與油管固有頻率一致或接近時，會激發油管模態，使油管產生共振，從而產生結構噪聲。轉向泵泵油激勵頻率計算公式為：

泵油頻率=泵轉速×泵葉片數量/60。

如一款葉片式液壓轉向泵葉片數量為12，泵皮帶輪傳動比為1.2，該油泵所匹配的發動機怠速工況下轉速為750 r/min。因此此系統在怠速工況下基頻為750×1.2×12/60=180 Hz。

2 液壓助力轉向系統噪聲分析理論及測試方法

液壓泵按實車狀態安裝于試驗臺上，距離被試泵150 mm，在上下左右4個方向測量液壓泵噪聲級本底噪聲，取4個方向噪聲最大值為液壓泵噪聲。當所測量的噪聲與該點的本底噪聲值之差在10 dB以上時，該測量有效；當差值為3～10 dB時，則按表1進行修正。

表1 噪聲測試修正值

3 國內某款MPV液壓轉向助力系統噪聲優化

3.1 問題描述

某款MPV車型在怠速工況時出現了令人煩躁的“嗡嗡”聲。當轉動方向盤時，“嗡嗡”聲更加明顯。因此初步判定此噪聲是由液壓轉向助力系統產生。

3.2 原因查找

1）噪聲源識別。如圖1、圖2所示。分別在轉系助力系統轉向泵殼體、高壓油管上端、高壓油管下端、轉向器長油管及轉向器短油別布置振動傳感器。

如圖3，由測試結果可以看出，轉向器長油管在怠速工況下的振動加速度較大。而對長油管剛度進行手工加強后主觀感覺“嗡嗡”聲明顯減弱。因此可以判定此“嗡嗡”聲是由轉向器長油管振動加速度過大產生。

2）模態分析。該款MPV發動機怠速轉速為750 r/min，液壓轉向泵葉片數量為10，轉向泵皮帶輪傳動系數為1.16，根據轉向泵泵油頻率計算公式得出該轉向泵泵油頻率為134 Hz，與轉向器長油管模態固有頻率耦合。為判斷長油管振動加速度過大是否是因為共振引起的，必須對長油管模態參數進行識別。因此對長油管模態進行了測試，結果如圖4所示。