某SUV车型机舱内异响诊断

(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海 200438)

1 问题提出

随着人们对汽车品质要求的日益提升，尤其是对车内异响问题关注程度较高，在各个汽车质量投诉网站中，异响问题始终是一类重要的投诉类型。不论是使用中还是开发过程中的车辆，异响问题都需要快速准确的解决。根据大致的统计，一辆汽车大概有20 000～30 000个零件，可以产生异响的零件非常多，这给异响问题的诊断带来很大的困难。因此根据异响的实车表现制定合理的异响排查方案，快速精准的锁定异响部件，一直是汽车企业非常关注的问题。

在实际工作中，异响诊断常用的方法大致有4类，具体应用时可以根据不同方法的优势进行组合，最终锁定异响源。

1.1 异响主观评价

通过排查人员主观感受，或借助听诊器搜寻异响源，并结合异响出现的工况，屏蔽某些部件等方式对异响源进行分析，可以有效缩小异响排查部件的范围，对于一些简单异响问题可以直接查到异响源。

1.1.1 异响噪声信号分析

录制异响噪声信号，根据异响特点，进行时域、频域、时频或心理声学参数分析，通过某个合适的表达方法，突出异响噪声信号的特征，然后结合怀疑部件的工作特点找出异响源。

1.1.2 部件的振动噪声测试

测试可疑部件的振动噪声信号，与异响噪声信号进行直观的特征对比或相关性分析，找出特征最吻合的部件来确定异响源。需要注意的是，当多个部件都具备异响特征时，其中质量和惯量较小的部件是否为异响源要谨慎判断。

1.1.3 可视化声源识别技术

利用麦克风阵列测试一个或者若干个噪声辐射表面，通过特定的重构算法来重建声场，重建后的声场模型可以直观显示异响源所处位置。目前有多个专业厂家利用可视化声源识别技术开发出不同声学照相机产品进行实际工程应用。

本文针对某款SUV车型开发过程中遇到的机舱内异响问题，通过分析，缩小异响源部件范围，制定合理的异响诊断方案，快速准确的锁定异响源，并查找出异响部件发出异响的原因，为零部件工程师提供解决异响的改进方向。

2 异响主观评价与排查方案

2.1 异响表现的主观评价

在某款SUV开发过程中，发现车辆运行过程中从机舱内传出节奏性敲击异响，异响主观感受表现为宽频噪声，敲击频次随发动机转速的上升变得愈加密集，对异响表现进行全面主观评价后，将主观评价的结果汇总于表1。

表1 异响主观评价结果汇总

通过主观评价结果的信息汇总，可以初步定义抱怨异响来自发动机总成，是一种与发动机转速相关的周期性宽频噪声异响，噪声传递方式以结构传递为主。

2.2 异响诊断工具的选择

考虑到发动机总成上可以产生与发动机转速相关周期性噪声的部件数量较多，所以本案例异响诊断的关键任务是查找到周期性异响变化频次与发动机转速之间的关系，以进一步缩小异响源排查范围。

对于周期性异响的变化频次分析，小波分析是十分有效的技术手段[1-3]，而对异响噪声进行小波分析则需要先明确异响噪声的频率成分。为了完成这两项工作，在排查过程中使用工程软件LMS TEST.LAB进行相应的分析工作，该工程软件中的Sound Diagnosis模块可以方便的对异响噪声信号进行滤波回放来确定异响频率成分，并通过频率截取及傅里叶逆变重新生成关注频带的噪声信号，而该工程软件中的Time Frequency Analysis模块内包含的Wavelet Transform工具则可以快速进行异响噪声信号的小波分析[3]。

2.3 制定异响排查方案

根据2.1节与2.2节的准备工作，制定异响排查方案，如图1所示。

图1 异响排查方案流程图

3 异响噪声测试和异响特征分析

3.1 异响噪声测试

挑选异响抱怨突出的车辆进行异响的车内噪声测试，测试车辆技术参数如表2所示。噪声测试系统如表3所示。

为了去除传动系统噪声、路面噪声及风噪对异响测试的影响，测试工况设定为空档、定置、定转速，同时为了重复确定异响发生频次与发动机转速之间的关系，选取2个异响表现突出的发动机转速进行测试。根据实车表现，挑选定置1 500 r/min和2 000 r/min两个转速测试车内主驾耳旁的噪声数据。

表2 测试车辆主要参数

表3 测试环境和设备清单

3.2 异响噪声成分诊断

利用LMS TEST.LAB工程软件的Sound Diagnosis模块对原始噪声信号进行滤波回放，诊断结果显示周期性异响的频率集中在500～1 000 Hz。

截取原噪声信号中的500～1 000 Hz噪声成分进行傅里叶逆变形成新的异响噪声信号，发现与原始噪声信号相比，异响噪声信号的声压幅值远低于原始噪声信号的声压幅值，为了避免发动机其他噪声成分对异响噪声分析产生干扰，保留异响噪声占主要贡献的500～1 000 Hz噪声信号，进一步进行小波分析以确定异响发生频次(图2)。

图2 转速1 500 r/min时车内异响原始信号

图3 转速1 500 r/min时车内异响滤波(500～1 000 Hz)信号

图4 转速2 000 r/min时车内异响原始信号

图5 转速2 000 r/min时车内异响滤波(500～1 000 Hz)信号

3.3 异响发生频次计算

利用LMS TEST.LAB工程软件的Wavelet Transform工具对图3、图4和图5所选取的异响噪声数据进行小波变换。调整数据处理时的频率和时间轴设置，当各频带内小波数设置为12，时间采样比率设置为1时，异响发生频次在云图中可以比较清晰的显示出来，如图6和图7所示。

图6 1 500 r/min时车内异响的小波变换

图7 转速2 000 r/min时车内异响的小波变换

经过频次计算发现异响发生频次是发动机旋转基频的0.5阶次：

(1) 在发动机转速为1 500 r/min时，发动机旋转基频为25 Hz；

(2) 在发动机转速为1 500 r/min时，异响发生的平均时间间隔为0.08 s，此时异响的发生频次为12.5 Hz，即异响发生频次为发动机旋转基频的0.5阶，如图6所示；

(3) 发动机转速为2 000 r/min时，发动机旋转基频为33.3 Hz；

(4) 在发动机转速为2 000 r/min时，异响发生的平均时间间隔为0.06 s，此时异响的发生频次为16.67 Hz，即异响发生频次亦为发动机旋转基频的0.5阶，如图7所示。

4 异响部件排查和异响原因

4.1 与异响频次周期相同的运动部件

根据发动机的技术参数，罗列发动机总成上所有可以产生周期性噪声的旋转/往复运动的部件清单，调查各个运动部件与发动机旋转基频的阶次关系。经过阶次关系对比，有1个零部件的主阶次激励为发动机转速的0.5阶，另有4个主激励2阶的部件，当受到轴系弯扭影响时会发出伴生的0.5阶次要激励，如表4所示，通过阶次清单对比，在发动机总成上进一步缩小了异响源的范围。

表4 发动机产生周期性噪声部件的阶次清单

4.2 异响部件进一步排查和异响原因

在表4中所罗列的5个怀疑异响部件中，制动真空机械泵在发动机台架上是不工作的，而其余4个怀疑异响源，无论是在发动机台架还是在整车条件下都是存在的，因此可以根据发动机台架上5种可产生0.5阶频次噪声部件与实车表现是否有差异来进行排查。首先对机械真空泵异响进行排查。台架与整车异响对比的逻辑关系如图8所示。

图8 异响源在台架和整车上的排除方法

经过发动机台架的实际检查，发动机台架上并没有整车上出现的0.5阶频次的宽频噪声，根据图8的排查方法，可以初步推断产生异响的部件是真空机械泵，如图9所示。

图9 制动真空机械泵照片

为了直接确认产生异响的部件，在整车上将图9所示部件拆下，发现车内外均听不到周期性宽频噪声，所以最终锁定产生异响的部件是制动真空机械泵。

通过拆解真空机械泵，如图10所示。可以清楚地看到该真空机械泵叶片为单叶滑动叶片，叶片顶端与泵体内表面有明显的间隙，滑动叶片在旋转过程中受到偏心力作用，每旋转一圈叶片顶端会撞击一次泵体内表面，而该机械泵由发动机凸轮轴按照1:1速比直接驱动，因此叶片顶端撞击泵体会发出与发动机转速0.5阶频次相关的宽频撞击噪声。

图10 制动真空机械泵内部结构照片

5 异响优化措施的建议和验证

通过前文所述的主观评价情况汇总分析的结论可知，异响是以结构传递形式传至车内形成噪声，因此在优化措施上优先考虑传递路径的结构声阻隔。

图11 3个真空管固定点断开对比图

经过调查，该SUV的制动真空管共有3个固定点与前围板钣金相连，固定方式是硬质卡扣卡接。为了评估真空管通过安装卡扣向车内传递周期性异响的影响，临时将真空管与前围板钣金的3个硬质卡接点断开，如图11所示。真空管与车身连接点断开后，车内的周期性宽频噪声消失，机械泵在车内无主观噪声。

根据结构路径解耦的异响效果评估，同时考虑到此款SUV的制动真空机械泵在其他很多车型上的应用，推动供应商降低机械泵本身噪声难度较大，最终决定的改进方案为阻隔真空管的结构声向车身传递，将原车的硬质固定卡扣设计变更为带隔振功能的固定支架，如图12所示。

图12 2种连接点固定方式

6 结论

汽车可以产生异响的部件很多，在进行异响源诊断时，可以采用多种异响诊断工具相结合的方式，首先通过完整的主观评价以及不同工况、不同场合下的异响表现，对异响源进行合理的推测，来缩小异响源排查范围，根据主观评价结果补充必要的异响信号测试和分析，并根据异响可能产生部件的工作特点进行对比来锁定异响源。

本研究使用主观评价和异响信号分析相结合的方法，辅助台架与整车异响表现的逻辑关系和路径解耦手段锁定异响源为凸轮轴直接驱动的制动真空机械泵，并根据噪声传递路径的主观评价和路径解耦效果，提出合理的异响解决方案。