基于LMS Test.Lab的车内异响诊断

基于 LMS Test.Lab 的车内异响诊断 方华1 宫传刚2 安宏伟3 刘代强3 （1-吉林大学 长春；2-道依茨一汽（大连）柴油机有限公司；3-LMS 国际公司 北京） 摘要：本文采用比利时 LMS 公司的 Test.Lab 振动噪声测试系统，针对某皮卡车内在加减速时出现异响的 问题进行了测试分析，通过对振动现象和异常噪声的频谱分析及相关分析，可知异响产生的根源是涡轮增 压器，并提出了进一步的研究方向及改进措施。 关键词：异响，振动，噪声，涡轮增压器 Diagnoses of Abnormal Noise in the Based on LMS Test.Lab Abstract: In this paper, in order to solve the abnormal noise in the pickup while it accelerated or decelerated, the test was done through the use of LMS Test.Lab system, the spectrum and correlation analyses of vibration and noise were carried out, then it was known that the noise source was turbocharger. The farther research direction and improvement measures were given. Keywords: Abnormal noise, Vibration, Noise, Turbocharger 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．实验及设置 实验采用 LMS Test.Lab 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。 0.00 1000.00Hz inner:S (CH5) 900.00 3000.00 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a677.00,2000.95 16.59 554.42 800.98 bad 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 0.00 1000.00Hz BACKSC S (CH2) 1009.45 2886.72 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 787.85 #2 0.00 1000.00Hz f f Z (CH3) 990.44 2903.01 rp m Ta ch o1 (T 1) -125.69 -25.69 dB g 787.85 fqf 0.00 1000.00Hz 990.44 2903.01 rp m Ta ch o1 (T 1) -124.77 -25.52 dB g 787.85 zjk 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。 0.00 1000.00Hz S (C ) 990.44 2903.01 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 16.36 800.51 bad 0.00 1000.00Hz 984.86 2904.87 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 110.00 dB P a 13.91 669.76452.55 602.28 good 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。 0.00 1000.00Hz C SC S (C 2) 1009.45 2886.72 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 785.74 bad 0.00 1000.00Hz 984.86 2904.87 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 678.19 good 图 5 2 #声传感器（上图为异响车，下图为无异响车） 0 .00 1000 .00Hz 984 .86 2904 .87 rp m Ta ch o1 (T 1) - 120 .00 -25 .00 dB g 685 .33z jk good 0 .00 1000 .00Hz 984 .86 2904 .87 rp m Ta ch o1 (T 1) - 125 .00 -25 .00 dB g 680 .18f q f good 0 .00 1000 .00Hz jk Z (CH2) 990 .44 2903 .01 rp m Ta ch o1 (T 1) - 120 .00 -25 .00 dB g 783 .66z jk bad 0 .00 1000 .00Hz f f Z (CH3) 999 .94 2900 .00 rp m Ta ch o1 (T 1) - 120 .00 -25 .00 dB g 770 .27f q f bad 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。 0.00 1000.00Hz 990.44 2903.01 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a S (C ) 794.71 bad 0.00 1000.00Hz 941.95 2911.68 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 644.55 changed 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） 0.00 1000.00Hz 941.95 2911.68 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 645.91zjk changed 0.00 1000.00Hz 941.95 2911.68 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 641.75fqf changed 0.00 1000.00Hz (C ) 990.44 2903.01 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 788.59zjk bad 0.00 1000.00Hz f f (C ) 999.94 2900.00 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 757.73fqf bad 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。 0.00 1000.00Hz S (C ) 984.86 2904.87 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 664.72 good 0.00 1000.00Hz 994.97 2900.25 rp m Ta ch o1 (T 1) 10.00 100.00 dB P a 794.71 changed 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） 0.00 1000.00Hz 1009.45 2886.72 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 814.53 zjk changed 0.00 1000.00Hz 1009.45 2886.72 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 796.39fqf changed 0.00 1000.00Hz jk Z (CH2) 984.86 2904.87 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 691.31 zjk good 0.00 1000.00Hz f f Z (CH3) 984.86 2904.87 rp m Ta ch o1 (T 1) -120.00 -25.00 dB g 693.30fqf good 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。 0.00 1100.00Hz 0.00 0.13 Am pl itu de ( g /N ) 0.00 0.16 Am pl itu de ( g /N ) 660.41 757.98 modif ied_bad Origin_bad 0.00 1100.00Hz 0.00 0.07 Am pl itu de ( g /N ) 0.00 1.00 Am pl itu de 650.14 732.31 w lk 0.00 1100.00Hz 0.00 0.15 Am pl itu de ( g /N ) 0.00 1.00 Am pl itu de 657.34 754.46 yqj 0.00 1100.00Hz 0.00 0.09 Am pl itu de ( g /N ) 0.00 1.00 Am pl itu de 663.51 761.54 zjk 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。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。 参考文献 [1] 钱人一 编著 《汽车发动机噪声控制》 同济大学出版社 1997.9 [2] 李德葆 陆秋海 编著《工程振动分析》 清华大学出版社 2004.9 [3] 杨建刚 编著 《旋转机械振动分析与工程应用》 中国电力出版社 2007.7 方华 吉林大学南岭校区内燃机系 130025 13942618657 fh0917@sina.com