姚博煒，陳微微，康　宏，黃鵬程

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007)

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某車型NVH性能優(yōu)化與結(jié)構(gòu)改進(jìn)

姚博煒，陳微微，康宏，黃鵬程

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007)

摘要：針對(duì)某車型試制階段動(dòng)態(tài)感知質(zhì)量評(píng)價(jià)中存在的NVH問(wèn)題，對(duì)該車型進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)改進(jìn)。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高了頂蓋模態(tài)；通過(guò)鋪設(shè)補(bǔ)強(qiáng)膠，降低了白車身應(yīng)變能；通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振不足的問(wèn)題。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，上述改進(jìn)顯著提升了該車型的NVH性能。

關(guān)鍵詞：NVH；性能優(yōu)化；結(jié)構(gòu)改進(jìn)

汽車的舒適性是決定其是否具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。以提高舒適性為目標(biāo)的汽車NVH(noise vibration harshness)特性研究的主要任務(wù)就是預(yù)測(cè)并改善車內(nèi)噪聲。車身是汽車內(nèi)部噪聲與振動(dòng)傳遞的重要通道，通過(guò)對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而改善車身的NVH性能，對(duì)整車的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有重要意義。

龐劍對(duì)汽車噪聲和振動(dòng)原理、特點(diǎn)，以及實(shí)際應(yīng)用的分析與測(cè)試方法等方面進(jìn)行了研究[1]；靳曉雄等對(duì)車身板件振動(dòng)聲學(xué)進(jìn)行了研究[2]；梁新華針對(duì)輕量化與汽車噪聲的矛盾，對(duì)車身聲固耦合系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真，并對(duì)車身進(jìn)行了有針對(duì)性的改進(jìn)[3]。

筆者以某國(guó)產(chǎn)前置前驅(qū)汽車為研究對(duì)象，針對(duì)該車型試制階段動(dòng)態(tài)感知質(zhì)量評(píng)價(jià)中存在的問(wèn)題，分析了該車型車內(nèi)的NVH性能，并通過(guò)車身結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，提升NVH性能，達(dá)到改善舒適性的目的。

1NVH理論分析

汽車車室構(gòu)成封閉空腔，形成一個(gè)聲學(xué)系統(tǒng)。車身結(jié)構(gòu)可以視為彈性體，車室空腔的聲壓變化會(huì)激勵(lì)車身壁板產(chǎn)生振動(dòng)，而車身壁板的振動(dòng)又會(huì)通過(guò)對(duì)臨近空氣的壓迫改變車室的聲壓，形成結(jié)構(gòu)與空氣相互作用的聲固耦合[4](FSI)系統(tǒng)。該模型能夠反映車身結(jié)構(gòu)和車室內(nèi)空氣的動(dòng)力學(xué)特性，以及兩者在邊界上的相互作用關(guān)系，離散后的有限元系統(tǒng)聲固耦合方程可以表示為[5]：

式中：{P}為節(jié)點(diǎn)聲壓向量；{U}為節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)位移向量；[Ms]為結(jié)構(gòu)阻尼矩陣；[Ks]為結(jié)構(gòu)剛度矩陣；[Mf]為等價(jià)流體質(zhì)量矩陣；[Kf]為等價(jià)流體剛度矩陣；[A]為流體-結(jié)構(gòu)耦合矩陣；{Ls}為結(jié)構(gòu)輸入力向量。

如果作用在結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)載荷已知，求解上述方程組就可計(jì)算出結(jié)構(gòu)位移和車室內(nèi)部的聲壓(或聲壓級(jí))。該模型能夠較好地評(píng)價(jià)車室內(nèi)部的結(jié)構(gòu)噪聲，對(duì)車身NVH性能優(yōu)化有重要意義。

2整車NVH性能評(píng)價(jià)

在該車型試制階段的動(dòng)態(tài)感知質(zhì)量評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)該車壓迫耳膜的低頻聲多，主要體現(xiàn)在怠速(開(kāi)空調(diào)時(shí)尤為明顯)噪聲、車輛水泥路面行駛時(shí)噪聲較大，嚴(yán)重影響乘坐舒適性，主觀評(píng)價(jià)得分遠(yuǎn)低于前期制定的NVH性能目標(biāo)要求。

根據(jù)主觀評(píng)價(jià)及內(nèi)噪測(cè)試得知，該問(wèn)題出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為750～900 r/min時(shí),所在頻率為25～30 Hz。

(1)結(jié)合白車身模態(tài)測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)頂蓋局部模態(tài)頻率為26 Hz，遠(yuǎn)小于目標(biāo)值33 Hz，與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速點(diǎn)火頻率接近，易發(fā)生共振，影響乘客舒適性。

(2)使用Hypermesh及Nastrun分析白車身應(yīng)變能集中區(qū)域，通過(guò)應(yīng)變能分析，該車型白車身多區(qū)域存在應(yīng)變能過(guò)于集中現(xiàn)象，如圖1～圖3所示，低頻時(shí)車身易產(chǎn)生共振，放大車內(nèi)轟鳴聲，造成壓耳膜聲明顯。

圖1　頂蓋應(yīng)變能集中

圖2　車門(mén)應(yīng)變能集中

圖3　尾門(mén)應(yīng)變能集中

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振率不足，造成發(fā)動(dòng)機(jī)輻射加大。懸置作為發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲輻射到車內(nèi)的主要傳遞路徑，其隔振率越大，則越多的振動(dòng)能夠被隔離。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振率不足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的振動(dòng)會(huì)直接傳遞至車身，從而嚴(yán)重影響車內(nèi)乘客的舒適性。

針對(duì)在主觀評(píng)價(jià)及內(nèi)噪測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)頂蓋模態(tài)低、白車身應(yīng)變能集中以及發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振不足的問(wèn)題，對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，達(dá)到提升NVH性能的目的。

3NVH性能優(yōu)化

3.1提高頂蓋模態(tài)頻率

在造車現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，橫梁與頂蓋間隙過(guò)大，粘膠存在粘接效果不佳的情況。因此對(duì)頂蓋擬定了兩種方案用以提高頂蓋模態(tài)：①更換彈性模量較高的結(jié)構(gòu)膠；②打斷頂蓋筋條并提高橫梁高度。原狀態(tài)及新方案頂蓋模態(tài)實(shí)測(cè)值如表1所示。更換彈性模量較高的結(jié)構(gòu)膠后，頂蓋模態(tài)達(dá)到33 Hz，但由于結(jié)構(gòu)膠對(duì)頂蓋薄板粘結(jié)存在變形風(fēng)險(xiǎn)，暫不采用；而對(duì)頂蓋筋條后部進(jìn)行打斷處理，并增加橫梁高度，在滿足冬天抗雪壓要求的情況下頂蓋模態(tài)分析值也達(dá)到了33 Hz。

表1　不同方案頂蓋模態(tài)實(shí)測(cè)值對(duì)比

綜上所述，通過(guò)提高頂蓋橫梁高度，并對(duì)筋條進(jìn)行打斷，能夠提高頂蓋模態(tài)頻率以達(dá)到目標(biāo)值。

3.2降低白車身應(yīng)變能

為減少車身的薄壁振動(dòng)，一般會(huì)在汽車薄板的重點(diǎn)部位和薄弱部位采用補(bǔ)強(qiáng)膠片，以提高局部強(qiáng)度，減少車身應(yīng)變能過(guò)于集中的現(xiàn)象。汽車補(bǔ)強(qiáng)膠主要用于車門(mén)內(nèi)板、門(mén)拉手、車頂和側(cè)圍等外板補(bǔ)強(qiáng)，以提高鋼板的彎曲強(qiáng)度、剛度和抗沖擊性，提升車輛乘坐的NVH性能。

針對(duì)該車型白車身應(yīng)變能過(guò)于集中的問(wèn)題，對(duì)頂蓋、側(cè)門(mén)和尾門(mén)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)膠鋪設(shè)處理，如圖4～圖6所示，以達(dá)到降低白車身應(yīng)變能的目的。

圖4　頂蓋補(bǔ)強(qiáng)膠鋪設(shè)方案

圖5　頂蓋補(bǔ)強(qiáng)膠鋪設(shè)方案

圖6　尾門(mén)補(bǔ)強(qiáng)膠鋪設(shè)方案

3.3調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度

對(duì)不同試制階段車輛怠速工況下內(nèi)噪聲及振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示，可看出試制階段二的NVH水平不如試制階段一。試制階段一發(fā)動(dòng)機(jī)懸置各向隔振率大于90%,表示 90%以上的振動(dòng)都可被隔離，滿足設(shè)計(jì)要求，而試制階段二隔振率則不足90%。

表2　怠速工況下內(nèi)噪及振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)排查，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)階段的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置并非由同一家供應(yīng)商提供。對(duì)兩個(gè)階段的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置進(jìn)行剛度對(duì)比測(cè)試，對(duì)比結(jié)果如表3～表5所示。

表3　發(fā)動(dòng)機(jī)左懸置靜態(tài)剛度對(duì)比　N/mm

表4　發(fā)動(dòng)機(jī)右懸置靜態(tài)剛度對(duì)比　N/mm

從數(shù)據(jù)上看，試制階段二的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置靜態(tài)剛度明顯高于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)值。此外，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置還存在低頻小振幅情況下動(dòng)態(tài)剛度過(guò)高的問(wèn)題。圖7所示為測(cè)試得到試制階段二的發(fā)動(dòng)

表5　發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置靜態(tài)剛度對(duì)比　N/mm

機(jī)懸置動(dòng)態(tài)剛度與實(shí)際頻率的關(guān)系，圖8所示為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置動(dòng)態(tài)剛度與NVH要求頻率的關(guān)系。從圖7和圖8可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)試得到的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置動(dòng)態(tài)剛度明顯高于要求值。供應(yīng)商應(yīng)調(diào)整橡膠硬度[6]，并按10%梯度降低剛度準(zhǔn)備調(diào)試件。改進(jìn)后對(duì)怠速工況下車輛進(jìn)行內(nèi)噪及振動(dòng)測(cè)試，結(jié)果如表6所示，改進(jìn)后，車內(nèi)噪聲和駕駛員座椅導(dǎo)軌Z方向的振動(dòng)得到明顯改善。

圖7　發(fā)動(dòng)機(jī)懸置動(dòng)態(tài)剛度與實(shí)際頻率的關(guān)系

圖8　發(fā)動(dòng)機(jī)懸置動(dòng)態(tài)剛度與NVH要求頻率的關(guān)系

NVH測(cè)量位置/方向試制階段二改進(jìn)后噪聲/dB駕駛員耳旁46.7041.40振動(dòng)/m/s2駕駛員座椅導(dǎo)軌X0.040.04駕駛員座椅導(dǎo)軌Y0.030.03駕駛員座椅導(dǎo)軌Z0.070.01

對(duì)提高頂蓋模態(tài)、降低白車身應(yīng)變能和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度之后的車身NVH性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，主觀感覺(jué)低頻壓迫耳膜聲得到改善，提高了車輛的乘坐舒適性，主觀評(píng)分高于7分，達(dá)到NVH性能目標(biāo)要求，改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)隔振率大于90%。

4結(jié)論

(1)提高頂蓋橫梁高度，能夠提高頂蓋模態(tài)頻率，使頂蓋模態(tài)達(dá)到目標(biāo)值，同時(shí)使頂蓋模態(tài)遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)怠速點(diǎn)火頻率，提高乘客舒適性。

(2)通過(guò)對(duì)應(yīng)變能集中的區(qū)域鋪設(shè)補(bǔ)強(qiáng)膠，能夠緩解應(yīng)變能集中的現(xiàn)象，增強(qiáng)各區(qū)域的強(qiáng)度。

(3)在滿足耐久的前提下，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的橡膠硬度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)懸置剛度，能夠增大發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的隔振率，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲輻射到車身的傳遞路徑，從而改進(jìn)NVH性能。

參考文獻(xiàn)：

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YAO Bowei:Engineer; SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd, Liuzhou 545007,China.

文章編號(hào)：2095-3852(2016)02-0253-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

收稿日期：2015-10-30.

作者簡(jiǎn)介：姚博煒(1985-)，男，廣西玉林人，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師.

中圖分類號(hào)：TH123.1

DOI：10.3963/j.issn.2095-3852.2016.02.025

NVH Performance Optimization and Structural Modification of a Vehicle

YAOBowei,CHENWeiwei,KANGHong,HUANGPengcheng

Abstract：In view of the NVH problems existing in the quality evaluation of phase trial stage dynamic perception, the car performance has optimizated and structural modification. In consideration of Low modal on the roof, the corresponding improvements are done in order to improve the top cover model. By laying reinforced rubber, the strain energy of the body-in-white is reduced. The engine mount stiffness is adjusted, in order to solve the problem of shortage of engine mount vibration isolation. Through test, it has been found that through the improvements on the body structure, the body NVH performance is promoted.

Key words：NVH; performance optimization; structural modification