某车型液压助力转向泵噪声的测试与分析

吴炜加，黄启涌，陈文波

（广汽本田汽车有限公司，广东 广州 510700）

某车型液压助力转向泵噪声的测试与分析

吴炜加，黄启涌，陈文波

（广汽本田汽车有限公司，广东 广州 510700）

文章介绍了对某车型液压助力转向泵工作噪声进行试验测试和阶次分析的方法与结果。通过对量产件与市场返回件的噪声对比测试，分析其噪声阶次、噪声峰值及对应发动机转速，逐步找出影响助力转向泵噪声最为关键的因素与性能水平，并最终得到峰值噪声对应的特征频率，为寻求改善方案提供了试验数据支持。

液压助力转向泵；阶次分析；噪声测试；特征频率

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.038

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-116-04

引言

某车型全新改款上市以来销量良好，但随后陆续收到一些市场反馈，认为在发动机低转速时能听到有别于发动机噪声的“嗡嗡嗡”响声，转动方向盘时尤其明显。经初步分析，响声来源于该车型转向系统中装备的液压助力转向泵，如图1、图2所示。特约店对有关车辆助力转向泵进行了全面检查，包括对助力转向油的油量、油质、油管，以及皮带轮、安装手法、螺栓扭力等进行确认或调整，该响声无明显改善。对部分车辆更换新的助力转向泵，响声仍无明显改善。

随后对该车型的助力转向泵展开进一步调查。在该车型的全新改款中，轴距、车重有所增加，但同时却要求车辆的转向操控更加精准有力。要满足这对矛盾的要求，就必须大力提升助力转向泵的转向性能指标。于是全新开发的助力转向泵中的容积、油压和流量都有所提高，泵中的叶片数量减少，转子厚度减小，高压流出口位置变更等，如图3所示。因此，转向性能的提升带来了噪声舒适性方面的一些损失，但其噪声水平完全满足国标及欧美相关法规对于车内噪声的要求。

不过，进一步提高顾客满意度，决定对助力转向泵噪声进行试验测试，深入分析并努力改善其噪声水平。

1、阶次理论分析

发动机启动之后，通过皮带带动液压助力转向泵的皮带轮，再由皮带轮带动泵体中的转子，最后由转子叶片泵在助力油中的转动提供液压动力，以实现转向助力。在正常情况下，液压助力转向泵工作时的振动与噪声主要来源于叶片泵在助力油中的转动冲击，其主要噪声的频率与叶片泵的转速相关，可以对其进行阶次分析。

在实际测试中，取发动机曲轴转速为外部信号。该车使用L4发动机，曲轴每转动一圈，发动机4个缸总共点火两次，产生两次燃烧噪声，因此发动机点火基频噪声认定为 2阶。据此计算出助力转向泵的理论基频阶次O1t为：

O1t=DE/DP*N

其中，DE为发动机皮带轮直径；DP为助力转向泵皮带轮直径；N为助力泵中叶片数目。将相应参数值DE=161mm、DP=120mm、n=9代入公式计算，得到：O1t=12.075（阶）。其高阶谐音阶次：二阶O2t=2×O1t=24.150（阶）；三阶O3t=3×O1t=36.225（阶）；以此类推。

2、试验测试与分析

2.1 量产件的噪声测试

为了把握助力转向泵量产件的噪声水平，先从供应商提供的量产助力转向泵中随机抽取20个件，先后换装到同一台试验车上进行对比测试。

在半消声室里使用噪声与振动采集分析仪器进行噪声采集，将声压传感器悬挂在前排座椅中间耳朵位置，距内后视镜500mm，距离顶棚220mm，如图4、图5所示。

虽然方向盘转动时噪声相对较大，但转动的角度及角速度难以保持一致。又因为方向盘居中不动时与转动方向盘时的助力泵噪声值有着明显的正向关系，因此在对比测试时，统一保持方向盘居中不动，以利于采集相同工况的噪声数据进行比较。取发动机转速信号为外部信号，采集1000RPM～4000RPM范围内的噪声，得到其三维阶次瀑布图，如图6所示。

由图中可以看到，噪声较大的阶次（彩色竖线）与前面计算的理论阶次并不完全吻合，而是在其旁边比之略小。这是由于助力转向泵是由皮带驱动，而皮带有一定的滑移率，导致实际转速略低于理论转速，从而实际阶次也就略低于理论阶次。以O2t为例，其对应的实际阶次O2r=23.875阶，其皮带传动滑移率ε为：

将各参数值代入计算，得到ε=1.14%，与真实情况相符。因此，在数据分析中，用实际阶次代替理论阶次，本文以下内容所提到的助力转向泵阶次均使用实际阶次。

取PS泵各阶次噪声及总声压级噪声随转速的变化曲线，如图7所示。

从曲线中可以看到：1.在转速超过2000RPM后，各阶次噪声与总声压级噪声差距很大（≧10dB），对总声压级噪声贡献很小；2.O1r、O2r、O3r各阶次中主要是O2r=23.875阶（绿线）在低转速时出现靠近总声压级的噪声，与市场所反馈的噪声信息相一致。

根据以上分析结果，在进行新的试验测试时，可以有针对性地将发动机转速范围缩小为1000RPM～2000RPM，主要关注O2r的曲线。

首先对20个量产件进行整车测试，图8给出了前5个的曲线用以示意。

将全部20个泵在1000RPM～2000RPM范围内的噪声峰值及对应转速提取出来，得到表1，其对应的散点分布如图9所示。

表1 量产件的O2r峰值及对应转速

由图表可以看到量产车助力转向泵的最大噪声水平，其峰值（dB(A)）全部分布在区间：（37，43）之内，平均值为40.0dB(A)；峰值对应的发动机转速（RPM）则主要分布在区间1：（1250，1350）与区间2：（1500，1560）之内。

2.2市场返回件的噪声测试

随机挑选10个市场返回件换装到同一台试验车上，按照相同的工况进行测试。得到其O2r随转速的变化曲线、O2r峰值及对应转速数据表与散点分布图分布如图9、表2与图10所示。

表2 市场返回件的O2r峰值及对应转速

由图表可以看到市场返回助力转向泵的最大噪声水平，其峰值（dB(A)）全部分布在区间：（38，44）之内，平均值为 41.7dB(A)；峰值对应的发动机转速（RPM）则主要分布在区间：（1250，1350）之内，及与量产件转速区间1相同。

2.3测试结果的比较与分析

将20个量产件与10个市场返回件的峰值分布放到一起，如图12所示，可以清楚看到二者的异同。

之所以量产件 O2r峰值噪声出现在两个转速区间内，而市场返回件却只出现在其中一个区间内，是因为区间 2：（1500，1560）对应的发动机转速比区间1：（1250，1350）要高，在区间2出现的O2r峰值噪声更容易被包括发动机噪声在内的总声压级所掩蔽，相对而言不容易对顾客造成困扰，所以在市场返回件中没有出现峰值噪声分布在区间 2：（1500，1560）这种情况。因此，我们只需要关注 O2r峰值转速出现在区间1的情况就可以了。

接下来进一步关注转速区间 1内的分布状况。由图 12可以看到，在转速区间1内挑选转速分布最集中的狭小区间3：（1330，1345）进行分析，区间1中有22个数据，而在非常狭小的区间3内就包含了其中8个，这8个数据对应转速的平均值为nave=1339RPM，该转速下所对应的O2r噪声的频率为：

其中，n为发动机转速，将nave=1339RPM，O2r=23.875带入计算，得到f=533Hz，即助力转向泵上导致O2r峰值噪声的某个部件的特征频率在533Hz附近。根据这个特征频率，可以进一步找出共振部件加以改善以降低噪声峰值。

3、结论

由于市场反馈某车型液压助力转向然后在整车上对20个助力转向泵量产新件进行噪声测试，从其结果中提取出各阶实际阶次O1r、O2r与O3r等，并进一步分析出影响感官舒适性最主要的因素是在发动机转速处于1000RPM～2000RPM区间内的O2r峰值噪声水平，做出其峰值噪声与其对应转速的散点分布图。对10个市场返回件也做相应的测试与数据处理，并得到相应的峰值分布图。比较二者之间的异同，从中分析提取出峰值分布最为集中的发动机转速。最后使用O2r与转速计算出峰值噪声所对应的特征频率。

泵工作噪声明显，因此需要对其进行测试分析。本文首先从助力泵结构入手计算出其各阶理论阶次O1r、O2r与O3r等，为在测试分析中应用阶次分析做准备。

在下一步的工作中，可以以此为基础，从助力转向泵中找出特征频率对应的部件，对其进行结构、质量、刚度等参数变更，从而避开共振，降低峰值噪声。

后续根据测试分析得到的特征频率找到了产生峰值噪声的部件是助力转向泵的皮带轮。

在此基础上进行了相应的对策变更：通过改变了其轮辐形状、降低刚度、增加质量，更改叶片泵设计参数等设计变更。从而降低特征频率，错开了共振的峰值噪声。此外还结合品质制造，提高工程制造精度等综合措施。初步测结果显示其变更能将噪声控制在40dB(A)的目标之内，但仍需要进一步严格验证，并在安装到实车上之后接受最终的用户检验。

[1] HONDA Service Training Package (HSTC) C340—The Structure and maintenance of Power Steering System. Honda Motor Co., Ltd 1992. 9.

[2] 庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动——理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006(06).

[3] 李玉琴,邓飞,颜尧,程飞,吴健.汽车动力转向系统匹配性能分析[J].汽车工程2009(02).

[4] Elliott D R,Crowther P J,Benett C J.Development of a Pratical Method for the Subjective Appraisal of Total Vehicle NVH Refinement.SAE 951285.

[5] 王孚懋,任勇生,韩宝坤.机械振动与噪声分析基础[M].北京:国防工业出版社,2006(11).

Measurement and Analysis of the Noise of A Type of Hydraulic Power Steering Pump

Wu Weijia, Huang Qiyong, Chen Wenbo
( Guangqi Honda Automobile Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510700 )

Describe the test methods and data results of the working noise of the hydraulic power steering pump running on a type of vehicle. Analyze the noise order, peak noise and the corresponding engine speed through the comparison of the noise level between the mass production pumps and market-returned ones. Then gradually find out the most critical factors affecting the noise level. And eventually calculate the peak-noise-corresponding eigen frequency, which is useful to improve the design.

Hydraulic power steering pump; Order analysis; Noise test; Eigen frequency

U463.2

A

1671-7988（2015）09-116-04

吴炜加，就职于广汽本田汽车有限公司。