某SUV 車型增壓氣流震顫噪聲分析及解決

石濤陳彥如李克俊喬海波趙玉振（1-長城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北保定0710002-河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

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某SUV 車型增壓氣流震顫噪聲分析及解決

石濤1，2陳彥如1，2李克俊1，2喬海波1，2趙玉振1，2
（1-長城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北保定0710002-河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

對一款PFI增壓汽油發(fā)動機(jī)匹配SUV整車加速工況增壓氣流震顫噪聲進(jìn)行測試分析，發(fā)現(xiàn)異響發(fā)生時發(fā)動機(jī)與增壓器聯(lián)合運(yùn)行曲線接近增壓器喘振線，增壓器處于不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致。對被動降噪及主動降噪的不同方案進(jìn)行驗(yàn)證對比，結(jié)合改善效果、開發(fā)周期及成本投入綜合選定優(yōu)化ECU標(biāo)定數(shù)據(jù)方案為最終解決方案。在保證整車動力性不變的情況下進(jìn)行ECU標(biāo)定數(shù)據(jù)優(yōu)化，解決了特定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間段內(nèi)氣流震顫噪聲問題。通過此噪聲問題的排查解決，對增壓汽油機(jī)整車加速氣流噪聲類問題的排查解決提供了思路。對增壓器汽油機(jī)與整車標(biāo)定NVH匹配提供了參考依據(jù)。對增壓氣流噪聲的分析解決具有一定的指導(dǎo)意義。

增壓汽油機(jī)氣流震顫ECU標(biāo)定消聲器

引言

隨著油耗及排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，發(fā)動機(jī)的小型增壓化成為當(dāng)前的主流趨勢。其基本原理在不增加發(fā)動機(jī)排量的基礎(chǔ)上，采用壓縮空氣的方式向發(fā)動機(jī)供應(yīng)額外的新鮮空氣，燃燒更多的燃料，從而發(fā)出更多的動力。由于進(jìn)入氣缸的空氣增多，燃燒過程得到改善，減少有害氣體的排放量。

廢氣渦輪增壓技術(shù)在提高動力性、經(jīng)濟(jì)性，降低排放污染物的同時，整機(jī)與整車匹配后的NVH問題尤為突出。本文針對一款SUV車型急加速的氣流震顫噪聲問題，通過噪聲及振動測試設(shè)備、ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定設(shè)備等多設(shè)備聯(lián)合進(jìn)行測試，并對測試數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析，找到了產(chǎn)生問題的機(jī)理，有效解決了此噪聲問題。

1　噪聲問題描述

該車型為一款匹配1.5T增壓汽油機(jī)的6MT小型SUV車型，車輛在3、4檔全油門急加速工況，

在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 700～2 200r/min范圍內(nèi)駕駛室存在明顯類似青蛙叫“咯咯”音。利用LMS設(shè)備采集駕駛員右耳噪聲。對右耳頻譜分析及濾波回放，“咯咯”聲頻率為1 800Hz～2 300Hz，對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1 700～2 200r/min，噪聲頻譜如圖1所示。

圖1　噪聲頻譜圖

2　問題排查分析

2.1確定聲源位置

利用專業(yè)NVH測試設(shè)備及LMS軟件對駕駛員右耳、空濾進(jìn)氣口、增壓器近場噪聲進(jìn)行測試。通過濾波回放及頻譜圖對比，發(fā)現(xiàn)空濾進(jìn)氣口噪聲頻譜與駕駛右耳“咯咯”噪聲頻譜特征對應(yīng)。由此判定此噪聲為空濾口輻射出的氣流震顫噪聲。

2.2確定激勵源位置

為進(jìn)一步查找此噪聲激勵源，利用PCB公司的壓力傳感器對空濾后氣體壓力波動及增壓后氣體壓力波動進(jìn)行測試。采用LMS數(shù)據(jù)采集模塊，同時對空濾后壓力波動、增壓后壓力波動、空濾進(jìn)氣口噪聲、駕駛員右耳噪聲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過對頻譜進(jìn)行對比分析，增壓后壓力波動在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 700～2 200r/min出現(xiàn)，且頻率與“咯咯”聲相同，均為1 800Hz～2 300Hz。增壓后氣體壓力波動與噪聲頻譜存在對應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。

圖2　　增壓后氣體壓力波動與噪聲頻譜對比

2.3失效機(jī)理

根據(jù)上述排查結(jié)果，此噪聲的產(chǎn)生與增壓后的氣體波動相關(guān)。利用LMS采集增壓壓力波動及進(jìn)氣口噪聲，同時采用INCA軟件監(jiān)測ECU中與發(fā)動機(jī)增壓控制相關(guān)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、增壓壓力、進(jìn)氣質(zhì)量、環(huán)境溫度、檔位、增壓壓力等參數(shù)的運(yùn)行情況并進(jìn)行記錄。

通過MDA軟件對INCA軟件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取分析。讀取1 500～2 500 r/min轉(zhuǎn)速段內(nèi)的增壓壓力及進(jìn)氣質(zhì)量，通過進(jìn)氣質(zhì)量及空氣密度計(jì)算得出體積流量，通過增壓壓力及環(huán)境壓力計(jì)算得出增壓壓比。在噪聲出現(xiàn)轉(zhuǎn)速段內(nèi)每100 r/min對壓比及流量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在增壓器MAP圖中進(jìn)行描點(diǎn)連線，發(fā)現(xiàn)異響發(fā)生區(qū)域?qū)嶋H運(yùn)行曲線靠近增壓器喘振線（如圖3所示），此時增壓氣流處于震顫不穩(wěn)定狀態(tài)，氣流震顫噪聲通過空濾進(jìn)氣口輻射傳出［1］。

圖3　增壓器聯(lián)合運(yùn)行曲線map圖

3　方案制定及驗(yàn)證

根據(jù)測試分析結(jié)果結(jié)合噪聲問題的解決思路，從消除噪聲源及隔斷噪聲傳遞路徑兩個基本方向，制定以下方案［2］：

方案1：空濾后管路增加消聲器

方案2：增壓器壓后管路增加消聲器

方案3：優(yōu)化ECU數(shù)據(jù)降低該轉(zhuǎn)速段增壓壓力

3.1空濾后管路增加消聲器驗(yàn)證分析（方案1）

由于噪聲頻率1 800～2 300 Hz為寬頻噪聲，故需要采取多個四分之一波長管并聯(lián)起到消除寬頻噪聲的目的，選取1 800 Hz、2 000 Hz及2 200 Hz為消聲中心頻率。每個波長管的直徑及長度利用以下公式根據(jù)選定的中心頻率計(jì)算得出，消聲器如圖4所示。

Lt=（1-0.608 26×（Db/Dm））×0.821 32×（Db/2），當(dāng)

Db/Dm＞0.832 1時Lt=0.832 3。

公式1中f為共振頻率；Ab、Dm為波長管的截面積與直徑，Ab、Dm為主管的截面積與直徑。

公式2中L為聲學(xué)長度；Lt為修正長度；Lb為物理長度；

圖4　消聲器示意圖

對此消聲器進(jìn)行裝車驗(yàn)證及NVH測試，空濾口噪聲頻譜對比如圖5所示。噪聲有所減小，但主觀仍可被感知。

結(jié)論：通過對空濾口噪聲進(jìn)行測試及主觀評價(jià)，此方案可以減弱噪聲，但仍不可接受。

圖5　方案1空濾口噪聲頻譜對比

3.2增壓后管路增加消聲器驗(yàn)證分析（方案2）

根據(jù)噪聲頻率選取2 000 Hz內(nèi)穿孔板式圓柱型消聲器（如圖6所示）進(jìn)行驗(yàn)證。噪聲有所減小，但主觀仍可被感知。

結(jié)論：通過對空濾口噪聲進(jìn)行測試（如圖7所示）及主觀評價(jià)，此方案可以減弱噪聲，但仍不可接受［3］。

圖6　內(nèi)穿孔板式圓柱型消聲器

圖7　方案2空濾口噪聲頻譜對比

圖8　增壓壓力調(diào)整前后MAP圖

3.3ECU標(biāo)定數(shù)據(jù)優(yōu)化驗(yàn)證分析（方案3）

根據(jù)排查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)異響發(fā)生區(qū)域?qū)嶋H運(yùn)行曲線靠近增壓器喘振線?？蛇m當(dāng)降低1 700～1 900 r/min區(qū)域內(nèi)增壓壓力，使運(yùn)行曲線遠(yuǎn)離喘振線。對增壓壓力降低后的動力性下降問題，在2 000～2 200 r/min適當(dāng)提升增壓壓力解決。在ECU標(biāo)定程序中找到增壓壓力控制MAP（如圖8所示），在實(shí)車上進(jìn)行ECU控制數(shù)據(jù)微調(diào)，尋找消除噪聲及保持動力性的平衡點(diǎn)，調(diào)整前后ECU控制MAP如圖8所示［4-5］。

對ECU數(shù)據(jù)調(diào)整過程中INCA軟件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，計(jì)算得出增壓壓力及流量，在增壓器MAP圖中描點(diǎn)對比，原異響發(fā)生區(qū)域聯(lián)合運(yùn)行曲線遠(yuǎn)離喘振線，如圖9所示。

圖9　發(fā)動機(jī)與增壓器聯(lián)合運(yùn)行曲線

噪聲效果確認(rèn)：對駕駛員右耳噪聲進(jìn)行測試，異響噪聲消除（如圖10所示），主觀評價(jià)噪聲消除。

動力性驗(yàn)證：對調(diào)整前后的ECU數(shù)據(jù)在整車上進(jìn)行3檔30～70km/h全油門加速進(jìn)行試驗(yàn)，加速時間無差異，保持了原有動力性。

3.4方案選定

方案的選定需從噪聲改善效果、投入成本及周期綜合評估。由于方案3的噪聲改善效果顯著，且不涉及零部件的開發(fā)，只需優(yōu)化ECU標(biāo)定數(shù)據(jù)，其周期短、投入低，故選定方案3為最終方案。

圖10　方案3空濾口噪聲頻譜對比

4　結(jié)論

1）此噪聲是由于整車追求低速動力性，將1 700～2 200 r/min區(qū)間段內(nèi)增壓壓力提高，使發(fā)動機(jī)與增壓器聯(lián)合運(yùn)行曲線靠近喘振線，導(dǎo)致增壓氣流處于不穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生的氣體震顫噪聲。

2）氣流噪聲的解決可通過消除噪聲源的主動措施或匹配消聲器的被動措施加以解決。本文提到的氣流震顫噪聲通過匹配消聲器效果不理想，最終通過優(yōu)化ECU標(biāo)定數(shù)據(jù)從根源上進(jìn)行了解決。

3）整車與發(fā)動機(jī)性能匹配標(biāo)定過程中，除保證整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放水平外，尤其對增壓發(fā)動機(jī)而言還需要結(jié)合整車NVH表現(xiàn)綜合進(jìn)行ECU數(shù)據(jù)的匹配標(biāo)定，并進(jìn)行動態(tài)工況的驗(yàn)證。

4）通過此噪聲問題的排查解決，對增壓汽油機(jī)整車加速氣流噪聲類問題的排查解決提供了思路。對增壓器汽油機(jī)與整車標(biāo)定NVH匹配提供了參考依據(jù)。對增壓氣流噪聲的分析解決具有一定的指導(dǎo)意義。

1匡小紅，楊亮，劉闊翔，等．汽車渦輪增壓器輕度喘振識別及噪聲控制［C］//中國汽車工程學(xué)會.面向未來的汽車與交通——2013中國汽車工程學(xué)會年會論文集精選.北京：2013：319-323

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5龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動——理論與應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006

The Analysis and Solution of an SUV Charged Airflow Tremble Noise

Shi Tao1，2，Chen Yanru1，2，Li Kejun1，2，Qiao Haibo1，2，Zhao Yuzhen1，2
1-Technical Center of Great Wall Motor Company Limited（Baoding，Hebei，071000，China）2-Automobile Engineering and Technology Research Center of Hebei Province

This paper mainly described a measuring and analyzing process about a turbo tremble gas noise of a SUV accelerating condition which carried a PFI turbo gasoline engine.This abnormal sound occurred near the turbo surge line of the engine-turbo unite operating curve，while the turbo was in instable working. According to the test and comparison between the active and passive noise reducing method，and thinking about the improvement effect，development period and input cost，we chose the method of optimizing ECU data as the final solution.We optimized the ECU data based on the same dynamic property，and we eliminated the airflow's tremble gas noise which occurred at a specific engine speed area.Through this process，we got a good thinking to solve such problem，and it also provided a reference frame for engine and vehicle NVH calibration，and guided for later turbo abnormal sound problem's solution.

Turbo gasoline engine，Airflow tremble ECU calibration，Silencer

TK411+.8

A

2095-8234（2015）06-0086-05

石濤（1984-），男，工程師，主要從事發(fā)動機(jī)開發(fā)工作。

（2015-06-02）