某车型燃油箱行驶中异响的研究及优化改进

李铁龙，陈强，覃涛

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

某车型燃油箱行驶中异响的研究及优化改进

李铁龙，陈强，覃涛

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

随着市场上的某车型由之前的工具车逐渐向乘用车过渡，用户群体对车辆舒适性的感知越来越敏感。近期部分该车型出现燃油箱内燃油晃荡异响的问题，导致部分用户抱怨严重，多次向厂家及相关部门投诉，并在论坛发帖抱怨，造成严重的影响。为及时解决此问题，经过对比分析及验证，对燃油箱进行了改进，并对改进后的样件装车测试，车辆不再出现燃油箱异响的情况，顺利达成了预期目标。

燃油箱；异响；抱怨；改进；预期目标

目前，汽车业发展迅猛，行业市场竞争日渐激烈，产品的不断快速更新迭代是占据竞争优势的有效手段。在三线、四线城市这片广阔市场，某品牌商用车系列车型已经占据市场主导地位，随着该车型逐渐由工具车向乘用车的转变，用户群体对车辆舒适性的要求越来越高，而生产厂家对车辆的持续性改进也不断地满足了用户的需求[1]。近期，部分该品牌商用车系列车型出现行驶中燃油箱内油液晃荡异响的问题，虽然燃油箱异响的声音分贝符合国家技术要求，但用户感知明显，存在严重抱怨[2]。现很多用户针对燃油箱异响问题已经多次向厂家及政府相关部门进行投诉，且有一部分用户还在各个汽车论坛发帖抱怨，吸引了很多人的关注，对该品牌造成了极大的不良影响[3]。

由于该系列车型是该品牌最畅销的车型，年销量较大，如不及时改进会导致抱怨进一步升级、影响扩大，严重影响品牌形象。因此，必须针对该系列车型的相关系统或零部件进行适当的改进，以消除该系列车型燃油箱异响的问题。

通过对比分析，初步确定燃油箱异响的原因为燃油箱内油液晃动量过大，因此制定了几套最终的改进方案，即在燃油箱内部增设隔板。根据每种改进方案各生产出来10件样件，而通过将做出来的样件进行装车验证，对比改进效果，并综合成本考虑，确定了最终的改进方案，并进行了批量生产。

1　燃油箱异响问题分析

1.1外部原因分析

首先，对燃油箱异响问题进行了路试确认，经过路试，发现车辆在不平路面行驶、加速或减速行驶时，燃油会在燃油箱内晃动冲击油箱发出异响，尤其当燃油箱内燃油量处于1/2~2/3额定容积（约25 L ~35 L）时，异响最为明显。

其次，对除燃油箱本身问题的其它可能的外部原因进行了排查（见图1）。针对此问题是否存在地域性区别，经过确认，反映该系列部分车型燃油箱异响的情况全国各地区均有反馈，不存在地域性差异，因此与地域性无关；然后考虑了装配问题，检查20台异响的车辆燃油箱与地板、车架的间隙配合不存在干涉，说明与装配无关；考虑到产品质量问题也可能是导致此问题的原因，通过对多辆有异响的车辆更换新的各批次生产的燃油箱配件后，异响现象并没有消除，说明不是产品质量问题，因此怀疑为燃油箱的结构问题导致出现此异响的情况。

图1　燃油箱异响原因分析

2.2结构原因分析

考虑到该品牌的其它车型并未反馈有批量燃油箱异响的问题，于是对公司现有的部分车型车辆进行燃油箱异响测试对比，最终发现某车型（无隔板）、某车型（有隔板）均听不到燃油箱异响。从燃油箱外形、结构对比分析，推断该系列车型异响的根本原因应为燃油箱布置异形，燃油箱高度偏高，同时燃油箱容积较大，且没有隔板，燃油晃动冲击较为严重，造成异响，详细如图2所示。

图2　部分车型燃油箱结构

2　改进设计

在针对各个对标车辆的分析中，发现大部分较大的金属油箱内均有隔板，如浪迪、欧诺、奥拓、悦翔、Ertige等，虽然隔板的形状或构造各有不同，但隔板的基本作用都是一样的，详细如图3所示。

图3　各对标车辆的油箱内部隔板结构

由于国家法规规定汽油车辆的续航里程至少要达到500 km，考虑到该车型的百公里燃油消耗，必须要保证燃油箱的容积要求，若要降低燃油箱的高度则必须改变燃油箱的整体尺寸设计，同时还涉及到生产模具的改变及装配工艺等的改变，成本较高。因此，考虑将该系列车型的燃油箱增设隔板，降低燃油在油箱内的晃动量，以消除燃油晃动所造成的异响，达到成本最优，效果最好的目的。而晃荡现象主要分为“动力”现象和“砰击”现象，是十分复杂的流动现象，而燃油箱内油液晃荡产生异响属于“动力”现象，也叫强迫晃荡。

2.1燃油箱内液体作强迫晃荡分析

采用基于有限体积概念的流体体积法(VOF法)来模拟刚性容器内液体的二维晃荡，该车型燃油箱尺寸为：长L=85 cm，宽d=32 cm，高度h=28 cm，假定初始有一扰动位移x，其分布为：η=0.5co如图4所示。考虑到微幅波动情况下实际流体与理想流体运动差别不大，故利用理想流体线性解析解对计算结果进行比较。

图4　油液波动模拟示意图

理想流体在微幅波动的情况下，长为L的矩形容器内不计表面张力的流体运动控制方程。关于边界条件和求解过程，已有相关的详细描述，这里只直接写出液面波动的表达式：η=0．5，式中ω是由理想流体波动频率公式。

设纵向往复运动幅值Xo=0.5 cm，频率f=0.77 Hz，则计算结果见图5所示，图中给出了4 s~5 s间，液面的波动情况及其箱底左下角那一点上的压力随时间的变化。

（续下图）

（续上图）

图5　强迫纵荡运动下箱内液体晃荡

2.2燃油箱的改进设计

根据以上理论并通过计算及分析，可以看到燃油箱内油液的波动情况与燃油箱的长度密切相关。为了有效地降低燃油在油箱内的大幅晃动，在进行改进设计之初，参考各对标车辆的油箱内部结构，初步制定了以下改进方案。

考虑到为了降低燃油在燃油箱内的无阻碍流动距离，在燃油箱内增设隔板2和隔板3，分别垂直布置与燃油箱长1/3及2/3处，而燃油箱左侧高度较高，在油量超过一定量时容易产生晃荡，所以增设隔板1，详细布置方案如图6所示。

图6　油箱内隔板的布置方案

为了对比验证出最合理的改进方案，分别拟定了下表1中的五个改进方案，同时针对每种改进方案各生产了60件样件进行装车验证，详细改进方案如表1所列。

表1燃油箱改进方案

方案一方案二方案三方案四方案五隔板组合隔板1隔板1+2隔板1+3隔板2+3隔板1+2+3质量/g234539502573807成本/元2.445.625.235.978.41

3　改进设计的试验验证

针对以上五种改进方案，各生产了60件样件进行装车路试，以便进行充分的装车验证，以此来判断相应的改进效果（见图7）。通过为反馈该车型加速或减速时燃油箱内燃油晃荡异响的用户更换改进后的样件，经过一段时间的跟踪，尤其是对经常用车或经常跑各个路况的用户的特别跟踪，对这几个改进方案的效果有了基本的掌握，详细验证情况如表2所列。

图7　燃油箱隔板增加效果图（引于内部资料）

表2　燃油箱改进方案验证结果

结合以上验证结果，按初步确认的最佳改进方案批量生产了200件样件进行故障车装车验证，跟踪回访用户，实际效果表现明显，车辆均无异响出现。综合以上验证结果，可以总结出方案三，即增设隔板1和隔板3为最佳的改进方案。通过这次改进，可以完全的解决该系列车型加速或加速时燃油在燃油箱内晃荡异响的问题。

4　结束语

在遇到燃油箱内燃油晃荡异响问题时，综合分析了各方面可能导致该问题出现的原因，如地域因素、装配问题、产品质量问题，同时进行了合理的分析、对比及验证，以此来判断该问题的根本原因，最后确认是燃油箱的结构设计问题。

根据已锁定的问题的根本原因，制定了几套合理的改进方案，同时进行相应的装车验证，从而确认最终的改进方案“增设隔板1及隔板3”，达到了预期的目标，消除了该系列车型燃油箱异响的问题。后续跟踪曾抱怨燃油箱内燃油晃荡异响的车辆的表现，尤其是经常用车或经常在各种路况使用的车辆，更换改进的燃油箱后均未再次反馈燃油箱异响，证明改进方案确实有效。

通过这次对燃油箱异响的研究及优化改进，进一步掌握了一些故障的分析及研究方法，并能够在今后的项目开发中针对设计及生产，避免类似问题再次出现，为保证车辆的质量稳定性提供了一定的帮助。

[1]曾江红，王照林.粘性流体大幅晃动的ALE有限元模拟[J].强度与环境，1996，（3）：22-31.

[2]朱代义，谷正气，梁小波.基于流固耦合燃油箱动态特性分析[J].现代制造工程，2009，（6）：13-17.

[3]祝国旺，高健，李培根，等.基于特征的产品建模研究[J].华中理工大学学报，1994，（2）：97-100.

[4]朱仁庆，颜开，吴有生.盛液容器内液体二维晃荡的数值模拟[J].华东船舶工业学院学报，1998，（2）：15-20.

The Analysis and Improvement of the Abnormal Sound of Some Vehicle Model’S Fuel Tanks

LI Tie-long，CHEN Qiang，QIN Tao
（Saic GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

As some vehicle model in the market are transforming from a tool car to a passenger car，the customers become more and more sensitive to the comfort of the vehicles.Recently，there is a problem that the fuel in the vehicle model’s fuel tanks makes abnormal sound，which makes many customers complain to the automobile manufacturer and other government departments about it，and causes the customers post in various forums，making a bad influence on the brand.By analyzing and testing，improve the structure of fuel tank，and after that the fuel tanks don’t make abnormal sound any more，and then we achieving the goal smoothly.

fuel tank；abnormal sound；complaints；improvement；expected target

U472

A

1672-545X（2016）10-0192-03

2016-07-20

李铁龙（1987-），男，吉林四平人，助理工程师，学士学位，研究方向主要为发动机、燃油及进排气系统。