某商用車加減速嘯叫問題分析及優化

黃鋒，曾小春，王毅，徐小翔，陳逸晨

某商用車加減速嘯叫問題分析及優化

黃鋒，曾小春，王毅，徐小翔，陳逸晨

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

某商用車開發階段在部分油門開度（POT）工況下，車輛在1400-2000rpm轉速區間存在較為擾人的加減速嘯叫，運用Test.Lab進行數據采集及分析，確認抱怨嘯叫為發動機正時鏈條19階嘯叫，頻率在500HZ附近，尋求源頭及路徑優化方案，并進行優化方案驗證，最終采用取消空調管路與發動機連接支架及空調管路增加吸音棉組合方案，從傳遞路徑上優化19階嘯叫。

嘯叫；19階；傳遞路徑；空調管路；吸音棉

前言

發動機正時鏈條是發動機內部從曲軸到凸輪軸的傳動鏈，主要作用是驅動發動機的配氣凸輪機構及相關附件，使發動機進、排氣門及附件在適當的相位下開啟或關閉，以保證發動機汽缸能夠正常地吸氣和排氣[1]。在閉式油池潤滑條件下工作，發動機正時鏈條轉速可達7000r/min。發動機正時鏈條在高速多沖、大載荷以及交變速度與交變載荷的共同作用下[2]，容易出現正時鏈條嘯叫現象。對于汽油發動機，目前市場上已廣泛使用小張力靜音鏈條，靜音鏈條入齒角度柔和，沖擊更小，可有效改善鏈條噪音；但由于柴油發動機正時鏈條需求張力大，靜音鏈則不適用于柴油機，因此，柴油機鏈系統NVH問題一直以來備受關注，也成為影響車輛乘坐舒適性的一個主要問題。

文中針對某商用車加減速工況下出現的鏈條嘯叫問題進行測試診斷，通過在發動機消聲室臺架調整影響鏈條動力學參數及整車路徑排查試驗，分別從源頭及路徑兩個方向尋求優化方案，最終找出空調管路系統為傳遞路徑放大點，通過調整空調管路路徑，達到優化正時鏈條嘯叫的效果。

1 加減速嘯叫問題概述

1.1 問題描述

某商用車在加減速工況，1400-2000rpm區間出現嘯叫，減速1500rpm附近尤為明顯，影響駕駛感受。運用LMS Test.Lab軟件測試客觀數據，濾階次回放確認抱怨嘯叫為19階[3]，且在1500rpm附近出現峰值，如下圖1所示。

圖1 某商用車2擋減速車內MIC彩圖

1.2 發動機正時鏈系統布局

發動機正時鏈系統分布在發動機前端，由曲軸齒輪（19個齒）通過鏈條依次驅動油泵鏈輪及兩個凸輪軸鏈輪，布局圖如圖2。

圖2 發動機正時鏈系統layout

2 試驗分析診斷

2.1 正時鏈嘯叫分析方法

根據問題分析常用的魚骨圖分析方法，從激勵源、傳遞路徑等可能原因進行故障分析診斷[4]，運用LMS Test.lab軟件及發動機NVH臺架消聲室進行數據采集，19階嘯叫問題排查魚骨圖如圖3。

圖3 19階嘯叫問題排查魚骨圖

圖3魚骨圖中，激勵源方面主要有發動機前端扭振及油泵鏈輪相位對比驗證；傳遞路徑方面，主要分析懸置振動傳遞、附件管路振動傳遞及空氣輻射的影響；下文根據以上思路逐一分析排查。

2.2 激勵源分析

2.2.1 發動機扭振

駕評搭載同一款發動機的某SUV車型，該車型19階鏈條嘯叫較輕微，可接受狀態，運用LMS Test.lab軟件，前端安裝720脈沖編碼器進行扭振測試，測試結果如圖4，某商用車嘯叫不可接受的轉速區間為1400-2000rpm，而商用車扭振在900-4000rpm區間均大于SUV，因此扭振的差異對嘯叫影響較小。

圖4 抱怨商用車與同發動機SUV發動機前端扭振對比

2.2.2 油泵鏈輪相位

將商用車搭載的發動機上NVH臺架消聲室，分別驗證油泵鏈輪提前1個齒、滯后2個齒、滯后4個齒，1000-3600rpm加減速工況取前端1m處MIC數據進行對比，如圖5，19階嘯叫依然存在，且與原狀態相當，由此可得出油泵鏈輪相位對19階嘯叫基本無影響。

圖4 油泵相位驗證彩圖

2.3 傳遞路徑分析

根據源頭分析結果，此問題似乎從激勵源方面很難找到突破，以下重點排查分析傳遞路徑，尋求路徑中某個對19階嘯叫的放大點。

2.3.1 懸置傳遞

圖5 19階懸置傳遞驗證

懸置為連接發動機與車架的主要部件，起限位及隔振的作用[5]，在商用車右懸置主被動端分別布置振動傳感器，測試19階振動傳遞情況，2擋加減速測試結果如圖5，右懸主動端19階振動弱于發動機前蓋板及空調膨脹閥，被動端對19階振動有進一步隔振作用，因此19階振動并非通過懸置結構傳遞到車內。

2.3.2 空氣輻射

2.3.2.1 前蓋板及油底殼輻射

在發動機NVH消聲室，進行前蓋板及油底殼的包裹驗證，包裹材料使用常用吸音棉，對比測試結果如圖6，包裹前蓋板后在1250-1400rpm區間及2100-2400rpm區間19階嘯叫有部分改善，對抱怨的1400-2000rpm轉速區間關聯不大；而包裹油底殼后，19階嘯叫仍然存在，與原狀態相比，無明顯差異。

圖6 前蓋板及油底殼包裹驗證

2.3.2.2 空調管路空氣輻射

空調管路作為連接發動機及車身的重要管路，有可能對19階嘯叫產生空氣輻射作用，使用常用吸音棉材料對空調管進行包裹處理，驗證結果如圖7，在1850rpm附近，車內19階約優化5dB，具有一定的優化效果。

圖7 空調管路包裹驗證

2.3.3 空調管路結構傳遞

從空氣輻射分析結果可知，空調管路對19階存在較明顯空氣輻射作用，因空調管直接連接發動機并傳遞至汽車前圍，進一步驗證空調管路結構傳遞影響，在空調膨脹閥處布置振動傳感器，2擋加減速工況采集數據，如圖8，空調膨脹閥在470HZ附近存在明顯共振帶，19階振動穿過該共振帶，振動放大后強于前蓋板19階振動，并直接傳遞至車內，空調管結構傳遞為19階嘯叫問題主要放大點。

圖8 前圍空調管對19階進行放大

3 優化方案研究

根據激勵源及傳遞路徑分析排查結果得知，空調管路是19階嘯叫的重要傳遞路徑，采用如下途徑可以進行優化。

1）包裹前蓋板；

2）空調軟管增加吸音棉；

3）取消空調管路與發動機連接支架，優化管路470HZ共振帶。

如上包裹前蓋板方案，對19階嘯叫有些許優化，但優化效果一般，且工程上難以實施包裹；空調軟管增加吸音棉方案，對19階有較為明顯的優化效果，且成本增加尚可接受；取消空調管路與發動機連接的支架方案，470HZ共振帶消失，且取消支架后空調管模態僅降低20HZ，已通過耐久驗證。此問題采用2）+3）組合方案，優化后車內優化效果如圖9，相對于原始狀態，19階嘯叫降低7-15dB，正時鏈嘯叫可接受。

圖9 2+3方案優化效果

4 結語

某商用車加減速嘯叫問題，運用激勵源-傳遞路徑排查理論，建立問題分析魚骨圖，通過激勵源扭振、油泵鏈輪相位分析，懸置傳遞、空氣輻射傳遞、空調管路傳遞路徑分析，最終鎖定空調管路為主要傳遞路徑，并提出了成本低、周期短的組合優化方案，徹底優化了19階嘯叫問題，對此類商用車旋轉件階次嘯叫問題優化具有重要的借鑒和參考意義。

[1] 尹德兵,翁建良,錢江,等.發動機正時鏈系統設計方法[J].機械傳動,2016(11):40-43.

[2] 李磊.發動機正時鏈系統設計分析及其高速特性試驗研究[D].長春:吉林大學,2015.

[3] 龐劍.汽車噪聲與振動[M].北京:北京理工大學出版社,2006.

[4] SOTTEK R, SELLERBECK P, KLEMENZ M, Anartificial head which speaks from itsears:investigations on reciprocal transfer path analysis in vehicles using abinaural soundsource[C]. Proceedings of the SAE Noise and Vibration Conference and Exhibition, Traverse City,Michigan, USA, F, 2003.

[5] 楊明亮.汽車動力總成懸置系統NVH性能分析及改進設計[D].成都:西南交通大學,2008:24-60.

Analysis and optimization of timing chain whine during accelerationand deceleration of a commercial vehicle

Huang Feng, Zeng Xiaochun, Wang Yi, Xu Xiaoxiang, Chen Yichen

（Jiangling Auto Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330001）

In the development stage of a commercial vehicle, under the partial throttle opening (pot) condition, there is a more disturbing acceleration and deceleration whine in the speed range of 1400-2000rpm. Test.Lab Data acquisition and analysis are carried out to confirm that the whine is a 19th order of the engine timing chain, with the frequency near 500Hz. The source and path optimization scheme is sought, and the optimization scheme is verified, and finally adopted The combination scheme of adding sound-absorbing cotton to the air-conditioning pipeline, engine connecting bracket and air-conditioning pipeline is cancelled, and the 19th order whine is optimized due to the transmission path optimizing.

Whine; 19th order;Transmission path; Air conditioning pipeline; Sound-absorbing cotton

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1671-7988(2020)24-80-03

U467.4+93

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黃鋒，就職于江鈴汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.027

CLC NO.: U467.4+93