张允峰 唐基荣

【摘 要】文章对汽车燃油箱燃油晃动异响成因进行了分析，对比了金属油箱、塑料油箱及横置、纵置情况下的油箱晃动异响表现，并总结出一些缺陷油箱结构形式，进而提出了异响问题的解决方法。采用文章所述的方法，对某问题油箱进行防浪板设计、应用，有效地消除了异响，显著提高了整车NVH效果。文章增加了燃油箱设计者对燃油箱的燃油晃动异响机理的认识，并提供了几种缺陷油箱结构形式及燃油晃动异响的解决方法。

【关键词】燃油箱;晃动异响;防浪板

【中图分类号】U464 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）02-0061-03

燃油箱内燃油晃动异响现象随着客户的追求不断提高、整车NVH性能不断提升、产品定位不断升级而逐渐得到人们的重视。伴随计算机技术不断发展，已经产生一些液体晃动方面的分析方法、软件，如王照林等人针对液体非线性晃动的一些定性理论及稳定性问题进行了较为系统的研究;包光伟等人采用VOF方法对液体晃动进行了数值仿真;刘富等人采用SPH方法对棱形液舱在外加激励作用下，不同充液比工况所对应的舱内液体晃动进行了三维数值模拟，并将其与实验进行对比，两者吻合较好，同时成功地模拟出液体晃动产生的波浪翻卷和破碎。

CAE分析作为重要的前期工程分析手段，存在耗时长、准确性不高、费用高、技术门槛高等缺陷。在当前汽车行業快速迭代的市场环境下，略显乏力。本文基于十多年燃油箱开发设计、异响问题处理经验，总结概括一些异响因素和结构缺陷，并提出解决方法，可以避免较为明显的晃动异响现象，从根本上提升设计质量，降低产品风险，减少产品开发周期。

1 油箱晃动异响研究

1.1 油箱晃动异响机理

车辆在行驶过程中，尤其是在加速或减速过程中，燃油箱内部的燃油由于惯性作用，将会发生晃动。在满足一些特定条件时，液面拍打油箱壳体，或者飞溅，从而产生异响，并通过振动向外辐射噪音（如图1所示）。

1.2 油箱内液体运动特征

油箱内液体的运动特征，是研究分析晃动异响原因的必要条件。经大量测试观察，油箱内液体运动规律如图2所示。

匀速行驶：正常行驶过程中，液面较为稳定。

制动时：从开始踩刹车到完全停止，液体向油箱前部移动。该过程因制动缓急不同而运动速度不同：急刹时液体向油箱前部快速流动，一般容易产生碎裂的水花飞溅声;缓刹时液面是从水平缓慢向前倾斜。该过程一般无异响问题：缓刹时液面是缓慢向前倾斜，不会产生液面拍打箱体的动作;急刹时背景噪音较大、乘客注意力转移等因素，塑料油箱一般感受不到水花飞溅声，下壳体特征复杂的金属油箱偶尔会发生异响。

停车时：在车辆停止的瞬间，液体开始快速回流，液体在油箱内做前后往复流动。油箱内燃油量较少时可以看到液体前后流动，当达到1/2以上时，主要表现是油箱前后液面的上下起伏运动。因车辆已停止，背景噪音已消失。油箱晃动异响大都产生在该阶段。不同的油箱布置形式、材料会产生不同的异响特征。

1.3 油箱布置、材料对晃动异响的影响

典型的油箱布置，大体包括纵置油箱和横置油箱两种（如图3所示）。

纵置油箱：一般用在微车、中大型MPV上。该布置形式的油箱，液体晃动时水花声较少。在停车后，液体在油箱内前后往复次数较多，可达10次以上，而且往复一次间隔也较长，约1 s（跟油箱在纵向的尺寸相关）。如果油箱结构存在缺陷，停车后甚至可听到十余次较为明显的异响。

横置油箱：轿车、SUV常用的一种布置方式。该布置形式的油箱，在停车后，液体在油箱内前后往复次数较少，一般2次（跟油箱在纵向的尺寸相关）。而且往复一次间隔急促。如果油箱结构存在缺陷，停车后一般发生1～2次异响。

从材料上划分，油箱可分为金属油箱、塑料油箱。

金属油箱：可满足深冲工艺的冷轧低碳钢板，壁厚一般为1 mm，前十阶模态为100～400 Hz。

塑料油箱：高密度聚乙烯（HDPE），平均厚度为5 mm，前十阶模态为30～150 Hz。

油箱产生的噪音，频率范围一般在30～500 Hz，与金属油箱高阶模态重合度较高，对液体拍打箱体、液体飞溅的水花声阻挡效果不佳。在横置油箱方案中，往往在急刹时容易产生水花声，类似“哗啦啦”声。如果油箱结构存在缺陷，可产生明显的“咚咚”声。塑料油箱则对高频噪音具有很好的阻隔作用，无论在横置还是纵置方案中，均较难听到水花声。如果油箱结构存在缺陷，也可产生明显的“咚咚”声。

1.4 油箱晃动异响产生的典型结构

不是所有油箱都一定产生异响。但由于设计开发时油箱受周边约束，所以油箱外形往往不太规则。如前所述，油箱的上壳体两端如果存在台阶面，或者因下凹特征产生的空腔特征，在特定燃油量时，因燃油液面上下运动时击打台阶面而产生异响（如图4所示）。

图4各情况下的异响特点：A.油位接近台阶面，晃动时液面拍打台阶面，产生“咚”的一声;B.油位接近台阶面，液体拍打台阶面，并同时与腔体形成二次异响，产生“咕咚”声;C.与A类似，往往在较扁的油箱、满油位时产生。

油箱下壳体因避让排气管等系统所产生的特征，在较为平缓的路上滑行时也容易产生水花声。该特征在金属油箱上时有发生。

此外，相关研究表明，液体在油箱内的晃动频率与油箱纵向尺寸、液体深度相关：在纵向尺寸不变的情况下，液面升高，则液体晃动频率上升。这与油箱横置、纵置所展现的晃动异响特点相吻合，在异响问题解决、防浪板布置时需要重点考虑。

2 防浪板布置与结构

油箱外形往往受周边约束，改善余地较少。目前比较普遍的做法是在油箱内增加防浪板来消除晃动异响问题。对于有结构缺陷的油箱，在特定位置设置防浪板，可以较好地消除液体拍打台阶面产生的噪音。以图4所示的A情况，可以在台阶处增加防浪板（如图5所示）。

例如，某问题车型（纵置、塑料油箱），在半箱油、满油位条件下制动，均出现多次“咚咚”声。经研究，油箱上壳体因外部条件而产生台阶结构。随后采取了上述防浪板方案，在前后两个大的台阶处增加防浪板（如图6所示）。防浪板有效地避免了液体拍打上壳体台阶面，成功消除了“咚咚”声，取得预期效果。

对于防浪板结构，相关研究有如下结论。

防浪板位置：由于异响往往发生在停车后液体回流过程，所以防浪板布置在中后位要优于前部。

防浪板高度：显然，更高的防浪板（深入液体部分越多），可更好地防止液体流动。

防浪板开孔：同理，小开孔可更好地防止液体流动。

3 总结

本文着重研究了燃油在油箱内的运动特征和异响发生的机理，并总结出一些异响结构和解决方法，提升了燃油系统设计者对燃油箱晃动异响问题的认识水平。

（1）油箱的晃动异响，主要是由于油箱上壳体存在结构缺陷，在液体冲击过程中易形成撞击声。而且，油箱的不同布置形式、不同材料，其燃油晃动异响表现也存在差异性。塑料油箱的NVH整体效果要优于金属油箱。

（2）油箱前期设计时，其上壳体要避免出现明显台阶结构。对于结构有缺陷的油箱，在合适的位置布置防浪板，可以有效地消除异响。

参 考 文 献

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[3]陈学宏.Python语言在燃油箱晃动噪声模拟中的应用[J].中国高新技术企业，2012（12）.

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