某乘用车液压助力转向泵噪音优化

许宽林，邵文彬，朱联邦（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



某乘用车液压助力转向泵噪音优化

许宽林，邵文彬，朱联邦
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

针对某液压助力转向车型原地怠速缓慢打方向过程中，转向泵噪音过大问题，通过台架及实车分析，确定噪音类型及产生原因，并制定实施了有效的噪音优化方案。同时通过噪音优化过程，为后续液压助力转向系统NVH设计总结有效的设计方案。

液压助力转向；转向泵；噪音；高压油管

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.039

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-122-04

引言

随着国家标准、行业标准以及驾乘人员对汽车 NVH的要求越来越高，整车NVH性能已逐渐成为客户评价车辆好坏的重要指标之一，转向系统作为整车重要的组成部分和安全件，其设计不仅需要考虑结构功能方面，NVH方面的设计与优化也愈发重要。如果转向系统存在不明原因的噪音或异响，不仅会影响整车驾乘舒适性，还可能会造成驾乘者的担忧，因此对车辆的安全性产生怀疑。所以，优化转向系统NVH方面的问题势在必行。本文主要针对某液压助力转向乘用车市场反馈的在发动机怠速工况下，原地缓慢打方向盘，在驾驶室内能听见明显的“嗡嗡”响，经过原因分析和排查，最终通过对高压油管结构进行优化，有效的解决了该噪音问题，并成功的实施到整车上，消除了顾客的抱怨。

1、原地怠速转向“嗡嗡”响的原因分析及排查

1.1噪音源确定

（1）对问题车辆进行初步排查，确认该问题车不存在转向泵损坏、渗油等质量问题，主观评价发现此“嗡嗡”声不仅在缓慢打方向盘的过程中出现，在不打方向盘的工况下，同样能够听到稍小一点的“嗡嗡”声，同时发现此“嗡嗡”声与处于发舱内部转向泵工作噪音非常类似。结合该车型使用的转向泵工作原理（常流式十叶片转向泵），初步锁定问题车噪音源为转向泵。

（2）进行整车的噪音测试，在驾驶室内人耳处布置麦克风传感器，启动发动机后，缓慢打方向盘，采集并整理噪音数据，如下图1所示；

根据整车噪音测试结果分析可知，在428Hz频率范围内整车噪音出现最大值，在284Hz频率范围内整车噪音第二大值，均很大程度上超出了可接受噪音值。

（3）计算转向泵所发出的噪音基频频率，根据该车型使用的十叶片式动力转向泵工作原理，噪音基频计算公式具体如下；

其中：

f——脉动噪音基频，单位Hz；

n——发动机怠速时动力转向泵转速，单位r/min。

该问题车型发动机怠速转速为750r/min，转向泵与发动机转速比为1.13，可知转向泵工作噪音基频为141.25Hz。

对比转向泵工作噪音基频频率发现，该问题车辆噪音峰值出现的频率范围与转向泵工作噪音基频成倍数关系，因此可以基本锁定该车型怠速原地缓慢打方向盘“嗡嗡”响的噪音源为转向泵。

（4）为最终确认该问题噪音源为转向泵，将发动机驱动转向泵皮带卸下（此时转向泵不工作，转向时转向手力很大），发现此种条件下不打方向盘或缓慢打方向盘时，噪音均消失，最终可以确定该车型出现的怠速缓慢打方向“嗡嗡”响，其噪音源为转向泵。

1.2噪音原因分析

锁定噪音源为转向泵后，可以利用质量管理工具中的故障树分析法（FTA）对可能导致在驾驶室内听到的转向泵工作噪音大的原因进行多层次的详细分析，具体如下图2所示：

再根据1.1节排查问题车时的车辆状态，可初步将具体原因锁定在是以下两方面：一可能是转向泵本身工作噪音过大；二可能是作为液压助力转向系统主要消音机构的高压油管软管长度不足以及其内部降噪管长度数量没有匹配好，导致高压油管对转向泵工作噪音的消弱效果差。

通过台架模拟测试转向泵工作噪音，对比同平台几款车型（转向泵最大工作泵油量与问题车接近，且不存在怠速原地缓慢打方向“嗡嗡”响）与问题车型原地怠速不打及打方向盘工况下，转向泵工作噪音，具体如下表1所示：

表1　转向泵工作噪音对比结果Tab.1　the results of noise test for deferent steering pump

根据试验数据对比分析可知，问题车与其他同平台无类似问题车型转向泵工作噪音基本相当，可基本排除噪音产生的原因是转向泵工作噪音过大。继而可以确定此次需要整改的问题车噪音产生的原因是由于高压油管消弱转向泵工作噪音的效果差导致的。

2、制定优化措施

2.1高压油管消弱转向泵工作噪音的原理介绍

高压油管分为高压软管与高压硬管两部分，高压软管内部有一段或若干段降噪管（部分内部还有节流阀），高压油管的降噪作用就是通过高压软管以及其内部的降噪管实现的。主要分为以下两个方面：

（1）动力转向液流经高压软管时，高压软管的收缩膨胀可以吸收一部分的液体振动，起到减小噪音的效果。

（2）高压软管内部降噪管可以通过反射激发相位相反、频率相同的振动波，以起到消弱液体振动的作用，达到减小噪音的效果。

2.2制定优化方案

根据高压油管消弱转向泵工作噪音的原理可以从以下两个方面制定优化方案：

（1）增长高压软管长度；

（2）匹配合适数量、长度及位置的降噪管，在确定降噪管长度时可以根据经验公式初步确定，具体如下：

公式中：

f1——需要消除的峰值频率；

N——整数（通常为10左右）；

c——动力转向液经过降噪管时的流速；

L——降噪管长度。

由于高压油管周边环境及成本限制，高压软管长度无法无限加长，综合考虑制定了总计7种方案，具体如下所示：

表2　具体优化方案Tab.2　the concrete optimum proposal

3、整改效果确认

3.1针对优化方案进行台架噪音测试

高压油管在样件制造完成后，需进行噪音台架测试，以初步确定高压油管对动力转向泵脉动噪音的消弱效果，以便选取较好的方案进行实车验证工作，这样可以在实车测试阶段节省大量的重复装配时间。

表3　优化方案在对应整车噪音峰值频率下能够消弱的噪音值Tab.3　 The reduction of noise for each optimization scheme in the peak noise frequency

上述实验结果显示，4、5、6、7号方案转向泵工作噪音的消弱效果在286Hz及428Hz两个频率范围内均优于0号方案，且5号方案，台架噪音测试曲线更平稳，对脉动噪音的消弱效果最好。

3.2针对优化方案进行实车噪音测试

NVH方面的性能检查需要结合台架测试与实车验证及主观评价才能最终确认整改效果，在进行完噪音台架测试后，选取台架噪音测试结果较好的两种优化方案样件装车，以进行实车振动噪音测试，以验证优化方案的实车噪音客观水平。

表4　对应整车噪音峰值频率下的车内实测噪音（相对值）Tab.4　The real vehicle noise test date in the peak noise frequency

测试结果显示选取的两种优化方案（5号及6号方案）对转向泵工作噪音的消弱效果均优于0号方案，且5号方案的优化效果更好，与台架噪音测试结果相匹配。

3.3针对优化方案进行实车主观评价

由于试验值与主观感受存在差异性，因此液压转向系统的匹配噪音可接受与否最终仍然需要通过主观评价来判定，针对装车验证的5号方案及6号方案，在进行实车噪音测试的同时，组织专家对优化效果进行主观评价，最终的主观评价得分如下表：

表5　主观评价分值Tab.5　Subjective evaluation scroe

通过专家主观评价打分结果，可知不论是否打方向盘，优化方案5均能够有效降低驾驶室内人耳采集到的转向泵工作噪音，使噪音水平处于可接受范围内。

4、结论

针对某汽车市场反馈的原地怠速缓慢打方向盘“嗡嗡”响问题，对造成该问题的因素进行分析和排查，最终确认问题根源是高压油管对转向泵噪音的消弱效果差。针对改问题根源进行相应优化整改，经试验室台架噪音测试和整车噪音测试及主观评价，优化方案解决了原地怠速缓慢打方向盘“嗡嗡”响问题，大大提升整车NVH性能，解决了客户抱怨。同时在整改优化过程中总结了以下经验，可以为后续液压助力车型开发提供借鉴意义：

（1）在设计高压油管时，其软管长度应尽可能长，这样消弱转向泵工作噪音的效果更明显；

（2）在布置高压软管内部降噪管时，最好采用两段式，且长度可以根据文中经验公式初步确定，同时两段降噪管长度比例最好成整数倍关系。

5、参考文献

[1]程飞、邓飞等.动力转向液压泵噪音分析研究.液压与气动[J].2008.

[2]郑寿庆等.液压系统噪音分析与降噪措施研究.舰船电子工程[J].2012.

[3]郭其昌.汽车液压转向系统噪音的分析.装备制造技术[J].2012.

[4]姚群飞.轿车动力转向泵脉动噪音优化.装备制造技术[J].2012.

Hydraulic power steering pump noise optimization of one passenger car

Xu Kuanlin,Shao Wenbin,Zhu Lianbang
(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601)

in view of the big noise of hydraulic power steering pump when the common vehicle is in situ idle speed and turn round slowly.Through the analysis of the test bench and real vehicle,determine the types and causes of noise,then formulating and implementing the effective noise optimization.Through the noise optimization process,sunning up experience for NVH design of hydraulic power steering system.

hydraulic power steering; steering pump; noise; high-pressure oil pipe

U463.4

A

1671-7988（2016）08-122-04

许宽林（1990-），男，底盘设计工程师；就职于安徽江淮汽车股份有限公司，主要从事乘用车转向系统的设计工作。