某車型燃油箱行駛中異響的研究及優化改進

李鐵龍，陳強，覃濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

某車型燃油箱行駛中異響的研究及優化改進

李鐵龍，陳強，覃濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

隨著市場上的某車型由之前的工具車逐漸向乘用車過渡，用戶群體對車輛舒適性的感知越來越敏感。近期部分該車型出現燃油箱內燃油晃蕩異響的問題，導致部分用戶抱怨嚴重，多次向廠家及相關部門投訴，并在論壇發帖抱怨，造成嚴重的影響。為及時解決此問題，經過對比分析及驗證，對燃油箱進行了改進，并對改進后的樣件裝車測試，車輛不再出現燃油箱異響的情況，順利達成了預期目標。

燃油箱；異響；抱怨；改進；預期目標

目前，汽車業發展迅猛，行業市場競爭日漸激烈，產品的不斷快速更新迭代是占據競爭優勢的有效手段。在三線、四線城市這片廣闊市場，某品牌商用車系列車型已經占據市場主導地位，隨著該車型逐漸由工具車向乘用車的轉變，用戶群體對車輛舒適性的要求越來越高，而生產廠家對車輛的持續性改進也不斷地滿足了用戶的需求[1]。近期，部分該品牌商用車系列車型出現行駛中燃油箱內油液晃蕩異響的問題，雖然燃油箱異響的聲音分貝符合國家技術要求，但用戶感知明顯，存在嚴重抱怨[2]。現很多用戶針對燃油箱異響問題已經多次向廠家及政府相關部門進行投訴，且有一部分用戶還在各個汽車論壇發帖抱怨，吸引了很多人的關注，對該品牌造成了極大的不良影響[3]。

由于該系列車型是該品牌最暢銷的車型，年銷量較大，如不及時改進會導致抱怨進一步升級、影響擴大，嚴重影響品牌形象。因此，必須針對該系列車型的相關系統或零部件進行適當的改進，以消除該系列車型燃油箱異響的問題。

通過對比分析，初步確定燃油箱異響的原因為燃油箱內油液晃動量過大，因此制定了幾套最終的改進方案，即在燃油箱內部增設隔板。根據每種改進方案各生產出來10件樣件，而通過將做出來的樣件進行裝車驗證，對比改進效果，并綜合成本考慮，確定了最終的改進方案，并進行了批量生產。

1　燃油箱異響問題分析

1.1外部原因分析

首先，對燃油箱異響問題進行了路試確認，經過路試，發現車輛在不平路面行駛、加速或減速行駛時，燃油會在燃油箱內晃動沖擊油箱發出異響，尤其當燃油箱內燃油量處于1/2~2/3額定容積（約25 L ~35 L）時，異響最為明顯。

其次，對除燃油箱本身問題的其它可能的外部原因進行了排查（見圖1）。針對此問題是否存在地域性區別，經過確認，反映該系列部分車型燃油箱異響的情況全國各地區均有反饋，不存在地域性差異，因此與地域性無關；然后考慮了裝配問題，檢查20臺異響的車輛燃油箱與地板、車架的間隙配合不存在干涉，說明與裝配無關；考慮到產品質量問題也可能是導致此問題的原因，通過對多輛有異響的車輛更換新的各批次生產的燃油箱配件后，異響現象并沒有消除，說明不是產品質量問題，因此懷疑為燃油箱的結構問題導致出現此異響的情況。

圖1　燃油箱異響原因分析

2.2結構原因分析

考慮到該品牌的其它車型并未反饋有批量燃油箱異響的問題，于是對公司現有的部分車型車輛進行燃油箱異響測試對比，最終發現某車型（無隔板）、某車型（有隔板）均聽不到燃油箱異響。從燃油箱外形、結構對比分析，推斷該系列車型異響的根本原因應為燃油箱布置異形，燃油箱高度偏高，同時燃油箱容積較大，且沒有隔板，燃油晃動沖擊較為嚴重，造成異響，詳細如圖2所示。

圖2　部分車型燃油箱結構

2　改進設計

在針對各個對標車輛的分析中，發現大部分較大的金屬油箱內均有隔板，如浪迪、歐諾、奧拓、悅翔、Ertige等，雖然隔板的形狀或構造各有不同，但隔板的基本作用都是一樣的，詳細如圖3所示。

圖3　各對標車輛的油箱內部隔板結構

由于國家法規規定汽油車輛的續航里程至少要達到500 km，考慮到該車型的百公里燃油消耗，必須要保證燃油箱的容積要求，若要降低燃油箱的高度則必須改變燃油箱的整體尺寸設計，同時還涉及到生產模具的改變及裝配工藝等的改變，成本較高。因此，考慮將該系列車型的燃油箱增設隔板，降低燃油在油箱內的晃動量，以消除燃油晃動所造成的異響，達到成本最優，效果最好的目的。而晃蕩現象主要分為“動力”現象和“砰擊”現象，是十分復雜的流動現象，而燃油箱內油液晃蕩產生異響屬于“動力”現象，也叫強迫晃蕩。

2.1燃油箱內液體作強迫晃蕩分析

采用基于有限體積概念的流體體積法(VOF法)來模擬剛性容器內液體的二維晃蕩，該車型燃油箱尺寸為：長L=85 cm，寬d=32 cm，高度h=28 cm，假定初始有一擾動位移x，其分布為：η=0.5co如圖4所示。考慮到微幅波動情況下實際流體與理想流體運動差別不大，故利用理想流體線性解析解對計算結果進行比較。

圖4　油液波動模擬示意圖

理想流體在微幅波動的情況下，長為L的矩形容器內不計表面張力的流體運動控制方程。關于邊界條件和求解過程，已有相關的詳細描述，這里只直接寫出液面波動的表達式：η=0．5，式中ω是由理想流體波動頻率公式。

設縱向往復運動幅值Xo=0.5 cm，頻率f=0.77 Hz，則計算結果見圖5所示，圖中給出了4 s~5 s間，液面的波動情況及其箱底左下角那一點上的壓力隨時間的變化。

（續下圖）

（續上圖）

圖5　強迫縱蕩運動下箱內液體晃蕩

2.2燃油箱的改進設計

根據以上理論并通過計算及分析，可以看到燃油箱內油液的波動情況與燃油箱的長度密切相關。為了有效地降低燃油在油箱內的大幅晃動，在進行改進設計之初，參考各對標車輛的油箱內部結構，初步制定了以下改進方案。

考慮到為了降低燃油在燃油箱內的無阻礙流動距離，在燃油箱內增設隔板2和隔板3，分別垂直布置與燃油箱長1/3及2/3處，而燃油箱左側高度較高，在油量超過一定量時容易產生晃蕩，所以增設隔板1，詳細布置方案如圖6所示。

圖6　油箱內隔板的布置方案

為了對比驗證出最合理的改進方案，分別擬定了下表1中的五個改進方案，同時針對每種改進方案各生產了60件樣件進行裝車驗證，詳細改進方案如表1所列。

表1燃油箱改進方案

方案一方案二方案三方案四方案五隔板組合隔板1隔板1+2隔板1+3隔板2+3隔板1+2+3質量/g234539502573807成本/元2.445.625.235.978.41

3　改進設計的試驗驗證

針對以上五種改進方案，各生產了60件樣件進行裝車路試，以便進行充分的裝車驗證，以此來判斷相應的改進效果（見圖7）。通過為反饋該車型加速或減速時燃油箱內燃油晃蕩異響的用戶更換改進后的樣件，經過一段時間的跟蹤，尤其是對經常用車或經常跑各個路況的用戶的特別跟蹤，對這幾個改進方案的效果有了基本的掌握，詳細驗證情況如表2所列。

圖7　燃油箱隔板增加效果圖（引于內部資料）

表2　燃油箱改進方案驗證結果

結合以上驗證結果，按初步確認的最佳改進方案批量生產了200件樣件進行故障車裝車驗證，跟蹤回訪用戶，實際效果表現明顯，車輛均無異響出現。綜合以上驗證結果，可以總結出方案三，即增設隔板1和隔板3為最佳的改進方案。通過這次改進，可以完全的解決該系列車型加速或加速時燃油在燃油箱內晃蕩異響的問題。

4　結束語

在遇到燃油箱內燃油晃蕩異響問題時，綜合分析了各方面可能導致該問題出現的原因，如地域因素、裝配問題、產品質量問題，同時進行了合理的分析、對比及驗證，以此來判斷該問題的根本原因，最后確認是燃油箱的結構設計問題。

根據已鎖定的問題的根本原因，制定了幾套合理的改進方案，同時進行相應的裝車驗證，從而確認最終的改進方案“增設隔板1及隔板3”，達到了預期的目標，消除了該系列車型燃油箱異響的問題。后續跟蹤曾抱怨燃油箱內燃油晃蕩異響的車輛的表現，尤其是經常用車或經常在各種路況使用的車輛，更換改進的燃油箱后均未再次反饋燃油箱異響，證明改進方案確實有效。

通過這次對燃油箱異響的研究及優化改進，進一步掌握了一些故障的分析及研究方法，并能夠在今后的項目開發中針對設計及生產，避免類似問題再次出現，為保證車輛的質量穩定性提供了一定的幫助。

[1]曾江紅，王照林.粘性流體大幅晃動的ALE有限元模擬[J].強度與環境，1996，（3）：22-31.

[2]朱代義，谷正氣，梁小波.基于流固耦合燃油箱動態特性分析[J].現代制造工程，2009，（6）：13-17.

[3]祝國旺，高健，李培根，等.基于特征的產品建模研究[J].華中理工大學學報，1994，（2）：97-100.

[4]朱仁慶，顏開，吳有生.盛液容器內液體二維晃蕩的數值模擬[J].華東船舶工業學院學報，1998，（2）：15-20.

The Analysis and Improvement of the Abnormal Sound of Some Vehicle Model’S Fuel Tanks

LI Tie-long，CHEN Qiang，QIN Tao
（Saic GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

As some vehicle model in the market are transforming from a tool car to a passenger car，the customers become more and more sensitive to the comfort of the vehicles.Recently，there is a problem that the fuel in the vehicle model’s fuel tanks makes abnormal sound，which makes many customers complain to the automobile manufacturer and other government departments about it，and causes the customers post in various forums，making a bad influence on the brand.By analyzing and testing，improve the structure of fuel tank，and after that the fuel tanks don’t make abnormal sound any more，and then we achieving the goal smoothly.

fuel tank；abnormal sound；complaints；improvement；expected target

U472

A

1672-545X（2016）10-0192-03

2016-07-20

李鐵龍（1987-），男，吉林四平人，助理工程師，學士學位，研究方向主要為發動機、燃油及進排氣系統。