基于LMS Test.Lab的车内异响诊断

基于LMS b的车内异响诊断
作者：方华宫传刚安宏伟刘代强
1 前言
随着经济的发展，社会的进步，人们对汽车的要求已经不满足于省油、跑得快，而是更注重于其舒适性和安全性。

车内的异常噪声不仅使人心情烦躁、注意力下降，而且还可能预示着故障隐患。

因此，针对某皮卡车在原地或行驶状态下，快速收油门时，车内出现类似哨声的异响，慢速收油门时，也有该异响，但是没有快速收油门时突出这种现象进行了实验分析。

2 实验方案及设置
实验采用LMS b系统，分别进行了异响现象的特征实验及分析；振动现象和异响噪声的相关分析；有异响车和无异响车的对标及互换实验等几个方面的测试及分析。

测试工况为加速至3000r/min后缓减速，转速约在3000r/min~1000r/min之间变化。

并在车内驾驶员右耳边安放1个声传感器，称1#声传感器，以进行车内异响的采集。

3 异响车测试及结果分析
3.1 异响现象的特征实验及分析
图1为1#声传感器瀑布图，由图及声音回放可知，车内异响的频率范围约为550Hz~800Hz之间，图中粉色圆圈。

在该频带内有一与发动机转速不成谐次关系的变频成分，其频率也随着发动机转速的下降而降低，疑为异响成分。

因此对“变频成分”进行阶次跟踪滤波，对比监听550Hz~800Hz滤波前和滤波后的声音信号，可以确定该变频成分即为异响频率成分。

图1 1#声传感器瀑布图
3.2 振动现象和异响噪声的相关分析
分析可知，发动机上与其转速不成谐次关系的旋转部件有涡轮增压器，因此首先对涡轮增压器进行重点研究。

在发动机舱内增压器中间壳及压气机壳的放气阀支架上安放2个加速度传感器，称为zjk和fqf；正对增压器且距离约100mm处安放1个声传感器，称2#声传感器。

传感器布置如图2所示。

测试结果见图3。

图2 加速度传感器布置图
图3 2#声传感器及2个加速度传感器(fqf和zjk)瀑布图
4 对标试验分析
4.1 无异响车内声音分析及与异响车对比
另选取一台车内无异响的同型号皮卡车进行上述实验，对比分析结果如图4。

图4 1#声传感器瀑布图（上图为异响车，下图为无异响车）
由图4可知，与异响车相比，无异响车内也有可能与涡轮增压器相关的变频成分（其频率变化不与发动机的转速成谐次），但是其频率变化范围偏移到450Hz~680Hz以下（整体偏小约100Hz），且声音幅值也有较明显的减弱。

因此，分析该车无异响的原因可能为车内
该变频成分的幅值相对较弱；频率范围降低，而人耳对低频声敏感度变差；该频段与发动机本体噪声频带更加接近，并且其它噪声成分贡献较大而淹没了异响；从600Hz以上频带的对比可见，无异响车中高频带噪声频谱比较干净，可能无异响车整车隔吸声效果更好，中高频噪声源更小。

发动机舱内增压器的噪声频谱和振动频谱对比如图5，图6所示。

图5 2#声传感器（上图为异响车，下图为无异响车）
图6 2个加速度传感器瀑布图（上图为异响车，下图为无异响车）
由图5，图6可以看出，无异响车内的450Hz~680Hz的变频成分也是由增压器产生的，其频带比异响车对应的频带整体低约100Hz，
但是两个变频成分噪声的幅值相差不大。

无异响车的增压器振动幅值甚至略大于异响车的。

至此，增压器振动的特征频带（450Hz~680Hz）与增压器上方2＃麦克风及车内1＃麦克风的噪声测量特征频带一致。

无异响车内仍有与增压器振动、噪声辐射相关的变频声音成分，但是由前面的分析，由于频带整体向低偏移，整车隔吸声性能更好等可能的因素，车内无明显异响。

因此增压器频率（转速）范围，整车的隔吸声效果应该是车内异响出现的主要根源。

当增压器转速范围较高，并且整车中高频隔吸声效果较差时，车内会出现较明显的异响。

4.2 增压器互换
为了进一步验证以上结论，同时分析整个进气系统的影响因素，将无异响车的增压器(“好”)与有异响车的增压器(“坏”)互换，再进行上述车内外振动噪声试验。

原异响车更换“好”的增压器后，检车员认定车内异响消失。

测试结果如图7，图8，声音和振动频率范围均移向低频，与该增压器在无异响车（发动机）上安装的结果相同，并且噪声幅值明显减弱。

说明异响的根源为增压器本身的动态响应特性，与安装过程无关。

图7 1#声传感器瀑布图（上图为原异响车，下图为原异响车更换“好”的增压器后）
图8 2个加速度传感器瀑布图（上图为原异响车，下图为原异响车更换“好”的增压器后）
无异响车更换“坏”的增压器，车内异响出现，但较弱，甚至好于一些检验可以通过的车。

详见图9，图10。

“异响”变频成分频率范围移向高频，与该增压器在有异响车上安装的结果相同，但噪声幅值减小。

而内部噪声减低的原因可能在于整车密封、隔声以及吸声处理等措施。

如果略加强整车的隔吸声处理，则异响可以完全消失。

此时，切断增压器放气阀的取背压软管，目的是使放气阀不动作，车内异响不变，说明异响与放气阀的开闭及气流无关。

图9 1#声传感器瀑布图(上图为原无异响车，下图为原无异响车更换“坏”的增压器后)
图10 2个加速度传感器瀑布图(上图为原无异响车，下图为原无异响车更换“坏”的增压器后)
5 增压器传函分析
在放气阀支架放置一加速度传感器，分别在放气阀支架，中间壳，蜗轮壳和压气机上用力锤激励，测量传递函数。

见图11，测试在异响车上进行，红线代表原异响车＋原装增压器，绿线代表原异响车＋无异响车上的增压器。

从图11可以看出，“好”的增压器在高频的共振带约为650Hz左右，而“坏”的增压器约为750Hz左右，增压器系统的固有频率增高，辐射噪声频率也随之增高。

由于时间和条件所限，关于增压器本身，与整机匹配，以及与安装条件等影响的固有特性研究，还需要进行进一步的实验分析。

图11 “好”“坏”增压器传函对比
6 结论
1 源
异响由增压器而生。

主要由于转子系统的不平衡、不对中或油膜涡动激励，与增压器系统的固有频率接近而使之成为振源，进而辐射噪声。

需进一步对增压器做详细测试分析，从而提出控制标准。

只要辐射噪声低于一定频率范围，车内就无异响。

2 路径
车内异响噪声为空气声传播，与整车的隔声、吸声有较大关系。

如果防火墙的隔吸声较好，即使出现异响，车内也不会很明显。

3 异响出现的条件
增压器激励频率偏高，整车隔吸声效果不好，则会出现车内异响并且较明显。

4 下一步针对增压器与整机匹配系统，通过ODS和实验模态分析方法，进行增压器系统的动态特性研究；针对噪声传递路径，进行车内和发动机舱内的声－声传递函数测试，研究车辆隔、吸声情况及一致性；并结合有限元、声学仿真等工具进行设计优化。