某皮卡FEAD拍擊異響試驗

曹明柱，王金立，孫邦江，呂 勤

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 故障測試

某皮卡整車開發時，帶擋加速過程有非常明顯的轟鳴、不連續的拍擊噪聲，且變速箱擋位越 高該異響聲音越明顯，持續時間也越長。根據故障現象反饋，測試調查了整車在3、4、5擋全油門加速時車內噪聲情況，其中主駕右噪聲存在明顯異常，發動機轉速在1 500 r/min～2 200 r/min 轉速區間，主駕右聲壓級突然增大3 dB～5 dB，出現嗡嗡聲響，開空調時異響更明顯。分析3擋加速主駕右耳噪聲頻譜，異常頻段為500 Hz～600 Hz，同時空調壓縮機支架的振動較為強烈，空壓機殼體的振動頻譜與駕右噪聲頻譜表現基本同步，如圖1所示。

圖1 異響車輛車內噪聲數據

與競品皮卡車對比發現，3擋全油門加速時主駕右噪聲比競品大1 dB～5 dB，空擋駐車加速時，主駕右噪聲較競品大1 dB～4 dB，競品車輛加速沒有明顯的異響，如圖2所示。

圖2 競品車內噪聲數據對比

2 異響調查

2.1 異響源確定

故障車輛在消聲轉鼓試驗臺復現異響，并使用聲學相機拍照定位，確定異響來自發動機前端輪系中減振皮帶輪到空調壓縮機段皮帶股，如圖3所示。通過高速攝像機捕捉該皮帶股振動，異響發生時，曲軸減振器皮帶輪-空調壓縮機段皮帶股抖動明顯異常且幅值過大，該段皮帶股不僅上下橫向跳動較大，還有嚴重的左右扭轉振動，且張緊器擺幅較大；故障消失時，皮帶股抖動和張緊器擺幅隨之正常。因此，初步確定異響是該段皮帶股拍擊兩端帶輪產生的。發動機前端輪系皮帶采用V型多楔帶，多楔帶主要靠摩擦傳遞動力，各帶輪之間的皮帶股的振動模態近似于弦振動，因此，其正常工作時存在輕微的拍擊空氣噪聲。

圖3 附件驅動聲源定位

聯合前端輪系供應商進行了輪系性能測試，檢測異響發生時皮帶的振幅是否超標，其中重點測試了空壓機皮帶輪到曲軸減振皮帶輪之間的皮帶股振動幅值。附件空載時，故障車輛的張緊器擺幅最大值為3.5 deg，較正常車輛為2.3 deg，增加了52%；附件滿載時，故障車輛的張緊器擺幅為4.5 deg，正常車輛為2.9 deg，增加了55%。附件空載時，故障車輛皮帶股振動幅值為27 mm，正常車輛為18 mm，增加了50%；附件滿載時，故障車輛皮帶股振動幅值為45 mm，正常車輛為22 mm，增加了104%。整體看，故障車輛的附件驅動皮帶的張緊器擺幅較正常值增加了50%，空調壓縮機皮帶輪到曲軸減振皮帶輪之間的皮帶股振動較正產系統增加了50%到100%，且皮帶股抖動較大時主駕右噪聲明顯突起，具體數值如表1所示。

表1 前端附件張緊器及皮帶振幅統計

皮帶股的振動類似弦振動。需要明確的是，本次供應商對皮帶股振幅測試使用的單點光三角反射式傳感器，無法獲取某一瞬時的皮帶股整體振型。皮帶股在不同轉速、不同時段各點振幅有較大的區別。如果皮帶股只存在一個1/2波形，則其最大振幅在中間處，如果是2/2或以上個半波形，則最大振幅在1/4處等。此外，皮帶左右翻轉位移不易測量，故皮帶振幅只能反映固定位置的綜合位移，主要是皮帶股的橫向振動位移。但實際上對皮帶拍擊噪聲影響較大的是左右翻轉的扭曲位移。

綜合整車噪聲振動測試、聲源定位以及前端附件驅動系統測試數據，可判斷故障車輛的異響發生于空調壓縮機皮帶路到曲軸減振皮帶輪之間的皮帶股異常振動，拍擊兩端帶輪造成明顯的拍擊噪聲。

2.2 異響噪聲控制

從噪聲源和傳遞路徑兩個方面，識別9項改進方案，綜合考慮改進的成本和周期，確定可能的驗證措施如下：

（1）噪聲源控制。參照其他皮帶發動機前端輪系布置方案，將曲軸由4平衡塊更換為8平衡塊。曲軸單體轉動慣量增加60%，系統轉動慣量增加9.7%，降低曲軸系統的扭振，從而降低皮帶的抖動噪聲。

（2）傳遞路徑控制。主要方案是提高空壓機支架的模態頻率，降低共振被油底殼放大，通過加強空壓機支架，主駕右的噪聲有較為明顯的改善和降低。

確定設計優化項包括：①發動機噪聲大，主要是于機械噪聲大，其中空壓機支架的共振及其被油底殼放大是主要原因。因此，重點改進的方案為提高空壓機支架的一階模態頻率。②空調管路隔振優化，可有效降低空調振動傳遞到車內。③發動機的前端和上方存在較大的嘈雜聲，通過增加聲學包，聲品質得到了比較明顯的改善。④整車前圍鈑金厚度增加，優化內外側聲學包的完整性。

3 優化效果驗證

3.1 聲學包驗證

發動機二級正時蓋板存在1 260 Hz～1 380 Hz的共振帶，一級蓋板存在1 780 Hz～1 950 Hz的共振帶，正時階次噪聲較突出。通過增加正時蓋板聲學包后，怠速前方噪聲改善2 dB，小負荷加速改善0.5 dB～4 dB。此外，上方的缸蓋護罩及噴油器噪聲也會直接傳遞到車內，參照競品車，也增加了聲學包，怠速上方噪聲改善約0.5 dB，小負荷加速改善0 dB～1.5 dB，如圖4所示。發動機正時蓋板增加聲學包能有效提升發動機的聲品質水平，但不能降低附件皮帶異常拍擊噪聲，因此，該設計方案不具有針對性。

圖4 前端正時蓋板聲學包對比驗證

3.2 整車隔聲/隔振

前圍鈑金及聲學包是駕駛艙和發動機艙的交接面，對駕駛艙內聲學有重要的影響。參照競品整車設計，外前圍下部及變速箱上部做手工聲學包。測試結果：怠速工況下前排噪聲平均降低 0.5 dB～0.7 dB，加速工況前排噪聲平均降低0.5 dB～2 dB，如圖5所示。

圖5 整車前圍隔聲優化對比驗證

3.3 空壓機系統

發動機附件中空壓機、助力轉向泵、懸置支架等整車剛性連接的部件，極易將整機或附件的振動傳遞到車身，導致整車振動噪聲問題。改變空壓機支架的安裝點，避免空調支架懸空：原始空壓機四個安裝點距離太小，抗翻轉性能較弱，取消原始左下安裝點，增加兩個安裝點，且新的安裝點距離位于支架邊緣處，提高了整體安裝的抗翻轉性能；同時增加曲軸箱加強板，提高空壓機支架的安裝剛度，圖6(a)為改進前，缸體和油底殼各2個安裝孔，圖6(b)為改進后，缸體2個安裝孔，油底殼3個安裝孔。使用仿真軟件計算空壓機支架模態，原始空壓機支架一階模態為237 Hz，優化后的空壓機支架一階模態提高到335 Hz（設計要求≥300 Hz），滿足了設計要求，并優于競品空壓機支架，如圖6(c)所示。分別計算了鑄鋼、鑄鐵兩種材料的空壓機支架，對空壓機支架模態影響不大，但鑄鋼材料的支架可以提高產品的抗疲勞性能。

圖6 空壓機模態提升方案

3.4 其他優化措施

確定實施的優化措施包括（1）參照競品車設計，前圍鈑金厚度由0.8 mm增加到1 mm，車內前圍用雙組份棉全覆蓋；（2）發艙外前圍下部及變速箱上部做聲學包覆蓋，主要降低發動機、變速箱噪聲；（3）提高動力總成后懸置隔振率，降低動力總成對懸置支架的振動激勵，后懸置軟墊由26 mm增加到39 mm（競品車為56 mm），厚度提高50%；（4）空調支撐系統強度提升，管路隔振優化。

4 效果驗證

實施上述措施后，進行整車測試和主觀評價。4擋全油門，車內駕右聲壓級和線性度改善都非常明顯。車內噪聲大小在共振轉速點降低了5 dB～10 dB，其余轉速點均有1 dB～3 dB的降低。整體而言，除1 400 r/min以外，其余轉速接與競品車輛相當。車內駕右頻譜200 Hz、500 Hz的共振帶改善非常明顯，1 900 r/min時還存在嗡鳴聲，處于可接受水平，如圖7所示。其余擋位加速改善均類似，車內共振聲降低明顯。

圖7 四擋全油門加速聲壓級對比

5 結論

通過實施一系列整改優化措施，提高空壓機 支架的約束模態頻率降低了輪系拍擊振幅，從而解決了整車加速過程中的皮帶拍擊異響。同步實施了發動機聲學包方案，提高空調隔振水平，并提升前圍板隔聲量，使整車車內聲品質水平提高。

為有效控制前端輪系拍擊噪聲，建議控制如下參數：（1）皮帶股振幅最大值不超過25 mm，重點獲取發電機、空壓機帶輪緊邊處皮帶股橫向振幅；（2）空壓機支架模態頻率不低于300 Hz，并關注安裝點的動剛度和螺栓的布置設計，降低空壓機整體的振動幅值；（3）空調管路的隔振率不低于20 dB，尤其是前圍板處冷凝器的減振水平控制。

本次調查未能對使用的多楔帶進行驗證，理論來說多楔帶的抗拉剛度、張力等均會影響皮帶的振動，后續在其他機型上進行驗證調查。