液壓轉向振動分析

劉天伍　張海燕

摘要：隨著汽車技術發展，市場需求對整車品質要求也越來越高，除了保證性能與可靠性之外。整車振動、噪音等也越來越得到關注。且整車噪音是顧客可以直接感觀的評價指標。現在各大整車廠在產品開發階段就開始制定整車NVH性能指標，并在試驗驗證階段通過各項試驗來測取整車NVH指標對整車進行評價。確保整車達到設計要求，影響NVH指標有很多，本論文重點研討液壓助力轉向系統液壓噪音的產生原理和優化方法，并通過實踐驗證衰減噪音，達到預期效果，提高了車輛的舒適性。

關鍵詞：液壓轉向；噪音；舒適性

Hydraulic steering vibration analysis

Liu Tianwu1，Zhang Haiyan2

（Layout Department，Commercial Vehicle Research Institute，JAC hefei 230601）

（Jac University hefei 230601）

ct：With the development of automotive technology，the market demand has become more and more high for the quality of the vehicle，in addition to ensuring performance and reliability. The vibration and noise of the entire vehicle have also received more and more attention. And the vehicle noise is the evaluation index that the customer can feel directly. At present，major vehicle factories have begun to formulate the NVH performance indicators for the entire vehicle during the product development phase，and have evaluated the vehicle NVH indicators through various tests during the test and verification phase. To ensure that the whole vehicle meets the design requirements and affects NVH indicators，this paper focuses on the principle and optimization method of hydraulic noise generation in hydraulic power steering systems，and proves the attenuation noise through practice to achieve the expected results and improves the comfort of the vehicle.

Keywords：HPS，noise，comfort

引言

隨著汽車技術的發展，在整車開發過程中噪音對舒適性的影響逐步成為消費者評價車輛品質好壞的重要參考指標之一。這使得整車液壓轉向系統的液壓噪音逐步顯現出來，客戶對車輛液壓轉向系統噪音的抱怨越來越多。根據轉向系統的噪音來源，分機械噪音和液壓噪音，所以要解決液壓轉向帶來的噪音，要深入也要轉向原理，結合數據分析進行轉向系統結構優化，達到設計指標。

一、液壓噪音的產生原因

現代汽車為了提高轉向輕便性，均采采用助力，但根據提供助力的泵體方式不同、可分為機械助力與電子助力（EPS），但無論那種工作方式，液壓系統在工作時不可避免的會產生噪音。

液壓轉向系統普遍采用的設計結構（圖1）

液壓轉向系統的液壓噪音產生的原因主要是動力轉向泵在工作時，吸油和排油時整個油壓的底/高壓相互轉換，同事動力轉向泵一般均為葉片泵，在高速旋轉過程中受到油壓的影響存在振動、以上噪音經過高壓管路存在進一步放大的可能。

此外液壓轉向泵的振動和噪音與轉向泵葉片數直接相關，可用以下公式計算：

轉向泵工作頻率=泵轉速×葉片數量/60。

如發動機怠速轉速為800 rmp，泵皮帶輪傳動比為1.16，泵葉片數量為12，則此系統泵的怠速工作基礎頻率為800×1.16×12/60=185 Hz。

轉向泵葉片工作頻率（或稱基頻）的諧振頻率也與此噪音有關，諧振頻率是若干基頻的疊加，如二階、三階等[1]。

圖2顯示了某車型用轉向泵噪音的實測曲線圖。

測試條件為在轉速1000 r/min和規定壓力下測量噪聲。聲納儀探頭在被測轉向泵軸線上，距離轉向泵后端面150mm處，一般要求噪聲不超過55dB（A）。

二、高壓油管結構及降噪原理

高壓管總成的功能為連接轉向泵與轉向機，并將轉向泵泵出的高壓油輸送到轉向機的控制閥中，再由閥將動力轉向油分配到轉向機的油缸中，實現轉向助力。其結構主要由高壓軟管、鋼管及一些附件組成（包含：空心螺栓、密封墊片、壓緊螺栓、降噪裝置、防磨隔熱管和密封橡膠圈）。高壓軟管是由多層材料組成的特殊結構，耐壓性較好，消音管置于高壓軟管中，一般為螺旋結構，把來自轉向泵端的不穩定高壓油分流，使其變成穩定流動的高壓油，從而實現消除動力轉向系統中的噪聲和振動，高壓管結構如圖3

高壓油管的軟管設計通常分為單腔和多腔，總體而言多腔結構的降噪效果好于單腔結構。但在整車布置中，多腔結構限于空間位置的限制，存在很大的局限性，同時多腔結構的成本大于單腔結構，設計者在具體設計過程中多選擇單腔結構。

通過更改消音管長度、直徑和螺距，達到不同的擾流效果，單腔結構的高壓油管也有一定的優化空間。

三、液壓噪音優化原理—傳遞損失法

如圖4所示，P1（S）Q1（S），P2（S）Q2（S）分別代表了高壓管進油口與出油口的壓力波動和流量波動。可以用以下矩陣方程表示：

在實際測試中，在管路的進出油口布置壓力傳感器，將壓力信號送至快速傅里葉變化分析器完成頻譜分析，之后計算結果被傳送至電腦完成最終的傳遞矩陣參數計算以得到傳遞損失TL值。

四、某車型液壓噪音驗證及優化

在產品開發進入到樣件驗證過程中，需對整車進行NVH專項評價，并對相關零部件進行性能改進，因此當液壓轉向系統的噪音能夠被駕駛員感知，那么就需要對液壓轉向系統進行液壓噪音優化。某車型樣車試制階段，經整車NVH評價，不滿足設計要求，先對其進行分析優化，并達到設計指標。

初始方案：

某車型初始方案液壓系統結構簡圖4如下：

初始方案確定的調諧管長度為750mm，未設計有消音管，整車表現為在發動機怠速，轉向泵160Hz的狀態下，轉向液壓噪音給駕駛員的感受最強烈。測試表明在怠速狀態下調諧管將基礎噪音降低5.0dB，并且在200Hz～500Hz頻域范圍內沒有明顯的降噪表現。

注：我們將轉向泵出油口的分貝值（dB）定義為0dB，由于傳感器存在零點漂移及測量系統的誤差，起始值會略有誤差，但通過傳遞損失法可以輕松分析出。

優化方案：優化方案液壓系統結構簡圖5：

優化方案，增加直徑為6.2mm的消音管。將調諧管長度改為570mm+180mm

測試結果如圖6所示，測試表明在怠速狀態下調諧管將基礎噪音降低23dB，并且管的傳遞損失值最大且頻域較寬，在200Hz～500Hz內有35.66dB的降噪表現，這符合我們設計的初衷。

以上測試結果對比，在發動機怠速頻域內，優化方案測試效果較為理想，并且在整車NVH表現上，轉向系統的噪音有明顯改善，達到了我們預期的目標。

結論

本文結合轎車動力轉向泵脈動噪音理論，高壓油管結構及降噪原理，基于整車NVH提升項目，通過優化高壓油管調諧管結構和試驗測試結果分析，闡述了如何通過更改轉向高壓管中消音管的布置和布置多腔結構實現降低轉向系統的液壓噪音，為設計更安靜的液壓轉向系統提供了方法和思路，同時對整車管路系統降噪，提高轎車乘坐舒適性具有十分重

參考文獻：

[1]姚群飛《轎車動力轉向泵脈動噪音優化》 裝備制造技術 2012年第12期

[2]曾祥榮《液壓噪聲控制》.哈樂濱：哈爾濱工業大學出版，1985

[3]胡陽《葉片泵噪音及其研究》液壓與啟動 2004：p79-80

[4]劉惟信 《汽車設計》清華大學出版社

[5]宋文緒，楊帆《傳感器與檢測技術》 高等教育出版