液压悬置气穴噪声（Cavitation Noise）影响因素及解决对策

SAE2011-28-0091

Cavitation Noise CountermeasureDevelopment Approach in Hydromount

Sandip Hazra

Maruti Suzuki India Ltd.

Prince Shital

Maruti Suzuki India Ltd.

摘要

液压悬置在怠速过程中起着重要的隔振作用。为了达到理想的NVH标准，需要一个适当调校的液压悬置，否则会由于气穴效应而产生异常噪声。七穴噪声是车辆研制初期很难识别的噪声。液压悬置中的气穴效应对于噪声和性能目标变得越来越重要。气穴是指当局部静压低于工作流体的蒸汽压时，工作流体中蒸汽气泡的形成和溃灭。本文介绍了液压悬置气穴检测技术。对策技术主要是提高液室间的流体流量。对不同设计对抗性能的结果进行了测试，并在车内进行了性能比较。车辆水平试验结果与台架试验结果趋势一致。

关键词：液压悬置  NVH  气穴

前言

液压悬置一般用于动力总成右侧，在低频段一般在10～12Hz范围内具有良好的阻尼性能，但液压悬置的设计也取决于布置的有效性。由于布置的限制，有时液压悬置的工作腔必须保持在底部，因此在发动机静载荷作用下，主橡胶始终处于受拉状态，这种液压悬置布置方式容易产生汽穴噪声。另外，孔口通道、隔板和通道频率的设计对空穴的产生起着重要的作用。

气穴是指在液体压力低于其蒸汽压力的区域内形成流动液体的气泡。当液体受到压力的快速变化，在液体的低压区形成气泡或汽泡时，就会产生气穴。当进入高压区域时，这些气泡会不断地塌陷，气泡的塌陷会产生振动，当从发动机悬置转移到车身时，会在驾驶室内产生噪音。

液压悬置内部气穴产生机理

图1 液压悬置典型结构图

1、输入负载由车辆传输。

2、当内金属管上下移动时，内装液体。通过孔口的管道，进入并通过腔室（主液室-次液室）。隔膜在收缩和膨胀的同时，它试图保持液体压力等于大气压。在这种情况下，当内部金属管向下移动时，就不可能保持与大气压力相等的液体压力。

3、当来自车辆的输入载荷较大且速度较快时，在这种情况下，随着内金属管向下移动，就不可能保持与大气压力相等的液体压力，并且在主液室中产生负压。

4、当负压超过液体的饱和蒸汽压时，安装内部的液体开始蒸发。

图2.输入负荷作用下内管往下运动中蒸汽的形成

5、当内部金属管开始向上移动时，蒸汽会随着负压返回正压而返回液态。到期。改变液体的压力，蒸汽。迅速回到液体中。这会产生振动，进而产生异常噪音。

6、当蒸汽返回液体时释放的能量会引起振动。蔓延至主液室金属配件和橡胶.

7、振动传播到外部金属配件车身侧支架车身，在车内形成异响。

图3说明了流体如何通过惯性通道从上液室流向下液室的机理。

3 液压悬置模型

在10~12hz时，通道内乙二醇与芯移动呈90°异相。通道内乙二醇的共振、通道内的高振幅和高速是产生气穴现象的根本原因。

P1*A1=P2*A2

P1=上液室的压力

A1=上液室的面积

P2= 下液室的压力

A2=下液室的面积

如果P1<P惯性通道中的蒸汽乙二醇变成气体，导致内部压力突然下降，结果是车辆中的气穴噪声。

气穴检测技术

从滞后环大小（图4）可以初步判断气穴现象。然而，需要更详细的研究来检测气穴机理

图4 力和变形曲线

影响因素

1、悬置结构

2、车辆测试条件-一般CavitationNoise多在粗糙路面上出现

3、悬置测试条件

4、边界条件—工作温度、悬置位置

5、内部流体的污染程度

6、封入的空气，一般真空灌装较好

7、一般情况下，当主橡胶处于拉伸状态时，在拉伸行程中会出现气穴现象。因此，倒立式水垫由于在延伸方向上的高挠度，总是对气穴敏感。

解决对策

（1）    流道板上穿孔的影响：增大流道板上泄漏孔的直径，会增加膨胀室（分液室）到工作室（主液室）的流体流量。因此，整体阻尼和空化噪声水平会降低，但观察到曲轴振动恶化。

图5 流道板（阻尼1.5 N.s/mm）

图6实际悬置的动刚度及阻尼测量

图7 发动机

图8 发动机Z向位移&车身加速度

对于流道板上的泄漏孔直径X，对零件级动态刚度和车辆级加速度的影响分别如图7和8所示。

现在，当泄漏孔直径增加2倍时，影响分别如图11和12所示。

图9 流道板（阻尼1 N.s/mm）

图. 10实际悬置的动刚度及阻尼测量

图11 发动机Z向位移&悬置本体的加速度

图12 发动机Z向位移&车身加速度

气穴水平降低，但气穴噪声仍然存在。

图13和14显示没有气穴噪声。这个阶段是通过调整阻尼和惯性通道特性来实现的。

图13 发动机Z向位移&悬置本体的加速度

图14 发动机Z向位移&车身加速度

上述对部件级和车辆级的分析表明，通过调整阻尼和通道特性，可以达到解决气穴问题的一些最佳条件。

但是，这对整个NVH有影响。通过降低阻尼，观察到以下NVH问题：

a)地板振动，

b)400HZ后动力总成噪声

c)恶化点火时发动机的抖动

再次，需要微调所有三个悬置刚度，以照顾上述NVH问题。

2、悬置结构对气穴噪声的影响：气穴噪声问题在第一次试验中没有出现，但在第二次试验中观察到。决定对两个试验中使用的部件进行CT扫描。这两部分的结构没有什么不同。为了研究这种内部结构对气穴噪声水平的影响，进行了台架试验。

图15 悬置X向&气穴对车辆的影响

图16 悬置Y向&气穴对车辆的影响

悬置件X&Y方向性能相同，但在主液室（工作室）的流道板开孔方向不同。上图16所示为噪声水平，其中流道板开口方向等内部结构的微小变化对空化噪声的产生起主要作用。

结论

通过增大泄漏孔直径来增大流体通过泄漏孔的流量，可以减小主液室（工作腔）产生的负压，从而改善气穴噪声。这种对策对车辆的NVH有一定的负面影响，因为阻尼也会降低。泄流口位置、泄流口结构和泄漏孔面积对气穴噪声的降低起着重要作用。本文未研究发动机温度对气穴现象的影响，这可能是一个未来的研究范围。

REFERENCES

1. S Neyrat, N. Orand; Modeling andAnalysis of an Automatic Transmission Internal Gear Oil Pump with Cavitation,SAE 2005 ADDITIONAL SOURCES

DEFINITIONS, ACRONYMS, ABBREVIATIONS

NVH : NOISE, VIBRATION, HARSHNESS

CT : Computed Tomography