液压转向振动分析

刘天伍　张海燕

摘要：随着汽车技术发展，市场需求对整车品质要求也越来越高，除了保证性能与可靠性之外。整车振动、噪音等也越来越得到关注。且整车噪音是顾客可以直接感观的评价指标。现在各大整车厂在产品开发阶段就开始制定整车NVH性能指标，并在试验验证阶段通过各项试验来测取整车NVH指标对整车进行评价。确保整车达到设计要求，影响NVH指标有很多，本论文重点研讨液压助力转向系统液压噪音的产生原理和优化方法，并通过实践验证衰减噪音，达到预期效果，提高了车辆的舒适性。

关键词：液压转向；噪音；舒适性

Hydraulic steering vibration analysis

Liu Tianwu1，Zhang Haiyan2

（Layout Department，Commercial Vehicle Research Institute，JAC hefei 230601）

（Jac University hefei 230601）

ct：With the development of automotive technology，the market demand has become more and more high for the quality of the vehicle，in addition to ensuring performance and reliability. The vibration and noise of the entire vehicle have also received more and more attention. And the vehicle noise is the evaluation index that the customer can feel directly. At present，major vehicle factories have begun to formulate the NVH performance indicators for the entire vehicle during the product development phase，and have evaluated the vehicle NVH indicators through various tests during the test and verification phase. To ensure that the whole vehicle meets the design requirements and affects NVH indicators，this paper focuses on the principle and optimization method of hydraulic noise generation in hydraulic power steering systems，and proves the attenuation noise through practice to achieve the expected results and improves the comfort of the vehicle.

Keywords：HPS，noise，comfort

引言

隨着汽车技术的发展，在整车开发过程中噪音对舒适性的影响逐步成为消费者评价车辆品质好坏的重要参考指标之一。这使得整车液压转向系统的液压噪音逐步显现出来，客户对车辆液压转向系统噪音的抱怨越来越多。根据转向系统的噪音来源，分机械噪音和液压噪音，所以要解决液压转向带来的噪音，要深入也要转向原理，结合数据分析进行转向系统结构优化，达到设计指标。

一、液压噪音的产生原因

现代汽车为了提高转向轻便性，均采采用助力，但根据提供助力的泵体方式不同、可分为机械助力与电子助力（EPS），但无论那种工作方式，液压系统在工作时不可避免的会产生噪音。

液压转向系统普遍采用的设计结构（图1）

液压转向系统的液压噪音产生的原因主要是动力转向泵在工作时，吸油和排油时整个油压的底/高压相互转换，同事动力转向泵一般均为叶片泵，在高速旋转过程中受到油压的影响存在振动、以上噪音经过高压管路存在进一步放大的可能。

此外液压转向泵的振动和噪音与转向泵叶片数直接相关，可用以下公式计算：

转向泵工作频率=泵转速×叶片数量/60。

如发动机怠速转速为800 rmp，泵皮带轮传动比为1.16，泵叶片数量为12，则此系统泵的怠速工作基础频率为800×1.16×12/60=185 Hz。

转向泵叶片工作频率（或称基频）的谐振频率也与此噪音有关，谐振频率是若干基频的叠加，如二阶、三阶等[1]。

图2显示了某车型用转向泵噪音的实测曲线图。

测试条件为在转速1000 r/min和规定压力下测量噪声。声纳仪探头在被测转向泵轴线上，距离转向泵后端面150mm处，一般要求噪声不超过55dB（A）。

二、高压油管结构及降噪原理

高压管总成的功能为连接转向泵与转向机，并将转向泵泵出的高压油输送到转向机的控制阀中，再由阀将动力转向油分配到转向机的油缸中，实现转向助力。其结构主要由高压软管、钢管及一些附件组成（包含：空心螺栓、密封垫片、压紧螺栓、降噪装置、防磨隔热管和密封橡胶圈）。高压软管是由多层材料组成的特殊结构，耐压性较好，消音管置于高压软管中，一般为螺旋结构，把来自转向泵端的不稳定高压油分流，使其变成稳定流动的高压油，从而实现消除动力转向系统中的噪声和振动，高压管结构如图3

高压油管的软管设计通常分为单腔和多腔，总体而言多腔结构的降噪效果好于单腔结构。但在整车布置中，多腔结构限于空间位置的限制，存在很大的局限性，同时多腔结构的成本大于单腔结构，设计者在具体设计过程中多选择单腔结构。

通过更改消音管长度、直径和螺距，达到不同的扰流效果，单腔结构的高压油管也有一定的优化空间。

三、液压噪音优化原理—传递损失法

如图4所示，P1（S）Q1（S），P2（S）Q2（S）分别代表了高压管进油口与出油口的压力波动和流量波动。可以用以下矩阵方程表示：

在实际测试中，在管路的进出油口布置压力传感器，将压力信号送至快速傅里叶变化分析器完成频谱分析，之后计算结果被传送至电脑完成最终的传递矩阵参数计算以得到传递损失TL值。

四、某车型液压噪音验证及优化

在产品开发进入到样件验证过程中，需对整车进行NVH专项评价，并对相关零部件进行性能改进，因此当液压转向系统的噪音能够被驾驶员感知，那么就需要对液压转向系统进行液压噪音优化。某车型样车试制阶段，经整车NVH评价，不满足设计要求，先对其进行分析优化，并达到设计指标。

初始方案：

某车型初始方案液压系统结构简图4如下：

初始方案确定的调谐管长度为750mm，未设计有消音管，整车表现为在发动机怠速，转向泵160Hz的状态下，转向液壓噪音给驾驶员的感受最强烈。测试表明在怠速状态下调谐管将基础噪音降低5.0dB，并且在200Hz～500Hz频域范围内没有明显的降噪表现。

注：我们将转向泵出油口的分贝值（dB）定义为0dB，由于传感器存在零点漂移及测量系统的误差，起始值会略有误差，但通过传递损失法可以轻松分析出。

优化方案：优化方案液压系统结构简图5：

优化方案，增加直径为6.2mm的消音管。将调谐管长度改为570mm+180mm

测试结果如图6所示，测试表明在怠速状态下调谐管将基础噪音降低23dB，并且管的传递损失值最大且频域较宽，在200Hz～500Hz内有35.66dB的降噪表现，这符合我们设计的初衷。

以上测试结果对比，在发动机怠速频域内，优化方案测试效果较为理想，并且在整车NVH表现上，转向系统的噪音有明显改善，达到了我们预期的目标。

结论

本文结合轿车动力转向泵脉动噪音理论，高压油管结构及降噪原理，基于整车NVH提升项目，通过优化高压油管调谐管结构和试验测试结果分析，阐述了如何通过更改转向高压管中消音管的布置和布置多腔结构实现降低转向系统的液压噪音，为设计更安静的液压转向系统提供了方法和思路，同时对整车管路系统降噪，提高轿车乘坐舒适性具有十分重

参考文献：

[1]姚群飞《轿车动力转向泵脉动噪音优化》 装备制造技术 2012年第12期

[2]曾祥荣《液压噪声控制》.哈乐滨：哈尔滨工业大学出版，1985

[3]胡阳《叶片泵噪音及其研究》液压与启动 2004：p79-80

[4]刘惟信 《汽车设计》清华大学出版社

[5]宋文绪，杨帆《传感器与检测技术》 高等教育出版