基于噪声改善的燃油箱防浪板研究

魏小宝 何柳

摘  要：燃油系统包括了燃油箱及相关燃油输送管路，是汽车至关重要的构成部分，关系到每个乘客的生命安全。汽车在制动和加速过程中，燃油晃动对油箱壁撞击所产生的压力影响到整个燃油系统的稳定性，同时会引起低频的噪声，该噪声会引起乘客的抱怨，因此，燃油晃动一直是燃油系统开发过程中需要研究的重点和难点问题，其中防浪板设计优化对降低晃动噪音至关重要。本文以某一车型塑料油箱开发的晃动噪声解决过程为例，以主观对比评价为基础辅助以仿真分析，寻求优化燃油晃动噪声的解决路径，为以后的燃油箱及相应防浪板设计提供参考依据。

关键词：燃油系统;晃动异响;防浪板

中图分类号：U463        文献标识码： A        文章编号：1005-2550（2022）02-0056-05

Fuel Tank Surge Study Based On Noise Improvement

WEI Xiao-bao， HE Liu

（ SAIC-GM-Wuling Auto mobile.Co.Ltd， Liuzhou  545007， China ）

Abstract： Fuel system include fuel tank and fuel pipe， it is one of the very important system of vehicle， it have relation with every passenger safety. In the process of vehicle brake and start， the pressure which fuel strike fuel tank can impact the stability if fuel system， and pressure vary can cause noise， this noise is also one of very important target for evaluating vehicle comfort. So， fuel tank slosh noise is always the important and difficulty problem in the development process， the design of breakwater for solving slosh noise is also very important.

This article will provide an example to explain the process for solving slosh noise， based on subjective assessment and simulation， to find a better problem solving path for slosh noise， and provide a reference for later design.

Key Words： Fuel system; Slosh noise; Tuning; Breakwater

1    前言

燃油系统是汽车最重要的系统之一，负责燃油的存储与输送，其安全特性和品质对客户至关重要。本文将重点探讨当燃油在油箱中发生晃动的情况下，如何进行噪音控制，改善其主观感知。一般燃油的晃动发生在汽车加速，刹车和停车的时候，另外在颠簸路面行驶，拐弯时，其内部燃油也会发生晃动，从而产生令客户感觉不太舒服的噪声。以往用户对汽车品质的要求和关注点上对异响类问题不是很重视，随着用户的消费升级，传统的噪声源如发动机，燃油泵等噪声强度不断降低，燃油晃动异响噪声则愈发明显，用户对燃油晃动噪音抱怨增加，需要尽快改善。

一般燃油箱会分为塑料油箱和金属油箱，从燃油箱外壳的材料来看金属油箱因燃油晃动产生的异响更清脆，更易被人被客户识别和感知，影响燃油晃动异响的的主要因素主要有三项，燃油箱的结构，燃油箱内部设置的防浪板等减弱燃油晃动的零部件，车辆的运动状态等，本文将主要从燃油箱内部设置的防浪板结构对燃油箱消除减缓晃动噪声方面进行研究，从主观评价分值评估改进的效果。

燃油箱外觀示意图如下图示：

防浪板在燃油箱中放置的位置，以及防浪板本身的高度，形状及因结构改变增加的加强筋结构以及开孔的大小和位置等都会影响到解决燃油箱晃动异响的效果。

2    燃油晃动异响的产生机理

车辆在行驶过程中，尤其是在加速减速过程中，燃油箱内部的燃油由于惯性作用将会发生晃动，从而拍打油箱壁面，使其发生振动，向外辐射噪音，对于金属油箱，由于其油箱材料及壁面较薄，燃油晃动的同时，油箱内部的水花声也会向外辐射噪音。

燃油箱因燃油晃动产生的噪音异响与多种因素相关，包括燃油箱的尺寸，形状，容积，材料，结构还与油箱的布置及与车架的连接方式相关联，将多种关联因素总结如下图：

3    燃油晃动异响客观数据分析

以下我们试图通过定量的方式来研究防浪板对燃油晃动冲击噪声改善的效果。两个燃油箱中均设置了防浪板，不同点在于样本2的燃油箱防浪板采用更大弯折率的挡板以持续改善燃油的晃动冲击。

本次仿真采用满油位工况进行计算，设置好加速曲线和声压采集点如下图所示意：

为了最大程度降低燃油晃动产生的异响，防浪板的设计应该遵循一定的设计原则：

1.防浪板应尽量设置在燃油箱的中部;

2.防浪板设置的高度应该尽可能的高，越高越有利于减少燃油箱的晃动噪声;

3.防浪板因为不断的受燃油晃动冲击，因此有必要设计相应的加强筋以提高结构刚度;

4.防浪板应该设置一定数量的小孔允许晃动燃油通过，且根据经验设置小孔要优于大孔;

从表1实测值可以看出，在噪声的两个峰值点，经过改进后的燃油箱防浪板对燃油晃动异响的抑制要比防浪板改进前效果要好，采用大弯折率的防浪板对油液碰撞的抑制和缓冲相较平直的防浪板要好。

4    燃油晃动异响的主观评测

噪声的主观评测要求在干燥，平整的路面上进行，且风速不大于3级，评价场地环境噪音小于50dB，在测试时，除主驾外，副驾，后排均有评价人员，以便车内不同乘坐区域人员对油箱内燃油晃动异响表现进行评价。评价按以下步骤进行：

①将油箱内燃油量加至额定容积的1/4;

②关闭车门，车窗玻璃、音响、空调，乘客保持安静。启动车辆后，正常起步。

③车辆缓慢加速至20Km/h，收起油门踏板，使车辆直线行驶。

④车速提升至25Km/h，收起油门踏板，使车辆直线滑行，并采用轻点刹使车辆产生停顿感，点刹频率约为1次/S。

⑤车速提升至15Km/h，收起油门踏板，维持车辆平稳运行3s后，按正常操作对车辆进行制动，直至车辆停止。

⑥挂倒挡，不踩油门踏板，启动后行驶3s，按正常操作对车辆进行制动直至车辆停止。

⑦各评价人员分别按要求对整车在启动、滑行、点刹、制动、倒车状态下油箱内燃油晃动异响进行评分。

⑧分别将油箱内燃油量加至额定容积的1/2、3/4、100%，重复测试以上步骤。

⑨对所有测评人员的各项评分取平均值。

燃油箱晃动异响主观评分标准按照下表2进行：

测试完成后完成燃油箱晃动异响测试评价表3：

如果评分低于4分，则必须改进，5-6分建议改进，7分以上则为通过。

5    某车型燃油晃动异响解决实例

某车型在试乘试驾过程中发现，当车辆燃油量在3/4以上油位至满油位的范围内时，驾驶员的耳边能清晰的听到车辆燃油晃动冲击异响，以下我们分析解决该异响的优化方案。

从图中可以看出燃油箱为细长台阶结构，长度方向较长，在制动过程中，连续无隔断的燃油冲击动能较大，具体分析如下表4：

燃油在不同液位的情况下对燃油箱壁面的冲击区域如图6所示，对于燃油晃动异响一般会增加防浪板，但因塑料油箱本身具有一定的隔音效果，在油箱纵向长度短，型面较为平整时，可不加防浪板，但也会根据情况做较深的加强筋用于缓冲油液晃动冲击。

针对可能造成燃油晃动异响的区域结构，按照减弱燃油拍击面拍击力的方向制定增加防浪板的结构及燃油箱加筋结构，制作快速样件进行整车验证，在制动及颠簸时分别测试燃油箱的1/2及以下液面的晃动噪音，同时在1/2到满油位每增加5L油进行一次测试，直至油箱满油。驾驶员耳边听到的燃油晃动噪音基本消除，通过道路主观评价，综合评分8分，改进有效。方案实施前后，噪声控制有了非常明显的改善，后续将会以此方案进行燃油箱晃动噪音的优化，具体优化措施见下表5：

2、降低3/4及以上燃油液面对油箱上表面冲击动能;

防浪板的应用能够有效的改善燃油晃动异响的发生，但是由于长期受到燃油的冲击拍打，防浪板本生的结构稳定性也非常重要，在设计的过程中应该考虑其强度并严格考核耐久性能，防止因防浪板的失效形成二次异响源。

6    总结

本文从燃油箱晃动异响的形成机理出发，剖析了形成原因及解决问题的方向。其中燃油撞击壁面是产生噪声的最主要原因，因此在燃油箱的开发设计中应该重点改善行车加减速过程中燃油与油箱壁的碰撞来减弱噪声的产生。

减缓燃油与油箱壁面的撞击最主要的手段就是在油箱内部设置防浪板，防浪板的形状，位置，开孔大小及数量等都会对最终的噪声产生影响，因此在开发过程中要基于主观感受确定合适的防浪板结构以提升整车晃动异响的声音品质。我们在燃油箱的设计开发过程中要综合众多的因素考虑最终选择的方案，本文对该类问题的解决和防浪板的設计提供了设计参考，有较强的借鉴意义。

参考文献：

[1]耿广锐，杨宇.载重汽车油箱晃动对其传感器强度的分析[J].汽车科技，2009年02期.

[2]孙淑苓，刘玉琦，周安宁等.油液晃动及箱体耦联振动计算方法研究.航空学报，1990年05期，223-226.

[3]C Wachowski.Holistic Investigation on Sloshing Noise. Tank，2009.

[4]师杨.塑料油箱评估[J].北京：国外塑料，2004，4（27）.

[5]刘亮.汽车塑料油箱发展趋势[J].南京：轻型汽车技术，2006，11（2）.

魏小宝

毕业于上海交通大学车辆工程专业，硕士研究生，现就职于上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，主要研究方向为动力集成方向，发表过《基于进气系统消声研究的噪声改进》等多篇相关文章。

专家推荐语

刘   浩

东风汽车集团有限公司技术中心

NVH首席总师  研究员高级工程师

文章介绍了燃油箱在使用过程的晃动异响问题及解决过程，做了设计对比，试验结果及主观评价对比，改善了液体晃动噪音，可为燃油箱的设计开发提供借鉴作用。