李直騰，胡桂金，歐陽(yáng)軍

（1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

車(chē)身結(jié)構(gòu)及阻尼材料對(duì)汽車(chē)NVH性能影響研究

李直騰1，胡桂金2，歐陽(yáng)軍1

（1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

為改善某車(chē)型的NVH性能，對(duì)其車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與應(yīng)變能分析，對(duì)抗石擊膠的噴涂與瀝青阻尼板的厚度進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行NVH性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，噪聲聲壓級(jí)有較明顯降低。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出兩種阻尼材料優(yōu)化方案的特性，并給出最優(yōu)組合方案。該分析測(cè)試方法能夠?qū)ζ渌?chē)型的NVH性能改善提供參考。

振動(dòng)與波；NVH；應(yīng)變能；抗石擊膠；瀝青阻尼板

NVH是噪聲（Noise）、振動(dòng)（Vibration）、聲振粗糙度（Harshness）的統(tǒng)稱，是衡量汽車(chē)乘坐舒適性的重要指標(biāo)[1]。近年來(lái)，各大整車(chē)制造企業(yè)和零部件制造企業(yè)都對(duì)汽車(chē)NVH性能尤為關(guān)注，并將汽車(chē)NVH技術(shù)作為重要的研究?jī)?nèi)容。影響NVH性能的因素很多，如發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、車(chē)身性能、隔音阻尼材料等等[2]。其中，車(chē)身系統(tǒng)是整車(chē)NVH系統(tǒng)的響應(yīng)系，在整車(chē)NVH特性的研究中占有重要的地位[3]；而阻尼材料可以通過(guò)降低車(chē)身的高頻振動(dòng)，從而達(dá)到降低車(chē)內(nèi)噪聲的作用[4–5]。本文通過(guò)對(duì)某前置后驅(qū)MPV車(chē)型的車(chē)身地板區(qū)域進(jìn)行NVH性能分析，對(duì)后地板區(qū)域的車(chē)身結(jié)構(gòu)、阻尼材料進(jìn)行研究，得出車(chē)身結(jié)構(gòu)及阻尼材料對(duì)NVH性能的影響因素，從而提升整車(chē)的NVH性能。

1 車(chē)身結(jié)構(gòu)研究

車(chē)身結(jié)構(gòu)是車(chē)輛NVH性能的基礎(chǔ)，車(chē)身的靜剛度、動(dòng)剛度、模態(tài)等參數(shù)均是影響NVH性能的重要因素。要分析局部區(qū)域?qū)VH性能的影響，首先要從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行研究。對(duì)于文中研究的MPV車(chē)型，由于采用前置后驅(qū)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)橋的噪聲很容易通過(guò)后地板傳入車(chē)廂內(nèi)，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋通過(guò)底盤(pán)安裝硬點(diǎn)對(duì)后地板產(chǎn)生激勵(lì)，使車(chē)身產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響NVH性能。

圖1和圖2為本車(chē)型后地板結(jié)構(gòu)圖，由圖可見(jiàn)，車(chē)身地板為一整塊，底部由2根縱梁和若干橫梁組成。一般來(lái)說(shuō)，地板本體厚度較薄，起到加強(qiáng)作用的是縱梁與橫梁的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在橫梁與縱梁之間，會(huì)存在無(wú)任何加強(qiáng)的區(qū)域（如圖1中區(qū)域①－區(qū)域⑤），這些區(qū)域往往是振動(dòng)較為明顯的區(qū)域。在這幾個(gè)區(qū)域中，區(qū)域①、⑤屬于較大范圍且無(wú)加強(qiáng)梁的區(qū)域，判斷這幾個(gè)區(qū)域的振動(dòng)更為明顯；區(qū)域②、③的范圍較小或者存在加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)，判斷這幾個(gè)區(qū)域的振動(dòng)稍弱。以上這些區(qū)域處于第二排乘客和第三排乘客的乘坐區(qū)域，其振動(dòng)對(duì)這些乘客的影響尤為明顯（如圖2）。

圖1 .后地板結(jié)構(gòu)（仰視圖）

圖2 .后地板結(jié)構(gòu)（俯視圖）

① 第二排乘客乘坐區(qū)② 第三排乘客腳部放置區(qū)③ 第三排乘客乘坐區(qū)

2 應(yīng)變能分析

為了驗(yàn)證以上的分析結(jié)論，對(duì)后地板區(qū)域進(jìn)行應(yīng)變能分析。應(yīng)變能分析是一種CAE分析方法，能直觀地找出汽車(chē)振動(dòng)明顯的區(qū)域，為后續(xù)的阻尼減振方案提供參考[6]。通過(guò)應(yīng)變能分析，得出后地板區(qū)域的應(yīng)變能分布結(jié)果，如圖3所示。

圖3 應(yīng)變能分析結(jié)果

通過(guò)分析結(jié)果可知，應(yīng)變能較大的區(qū)域分別對(duì)應(yīng)圖1中的①、④、⑤區(qū)域，而②、③區(qū)域的應(yīng)變能較小，與結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果基本一致。應(yīng)變能較大的區(qū)域在車(chē)輛行駛時(shí)的振動(dòng)較大，是噪聲產(chǎn)生的根源，在進(jìn)行阻尼減振方案設(shè)定時(shí)需要對(duì)這些區(qū)域重點(diǎn)關(guān)注[6]。

3 阻尼減振方案

車(chē)身的振動(dòng)是車(chē)身行駛過(guò)程中產(chǎn)生噪聲的根本原因，在車(chē)身上增加阻尼材料可以有效的降低車(chē)身的振動(dòng)，從而降低車(chē)內(nèi)噪聲。本文中用于研究的車(chē)型為前置后驅(qū)車(chē)型，如在后端地板區(qū)域增加阻尼減振材料可以很好地抵消驅(qū)動(dòng)橋?qū)?chē)廂施加的振動(dòng)，能夠較好地改進(jìn)NVH性能[7]。

車(chē)身上用于減振的材料一般有2種：抗石擊膠和瀝青阻尼板[8]。

3.1 抗石擊膠優(yōu)化方案

抗石擊膠一般是用聚氯乙烯（PVC）制成，通過(guò)噴涂的形式，涂在汽車(chē)地板的底部，涂層強(qiáng)度高，耐碎裂、耐沖擊，起到保護(hù)汽車(chē)底部涂層防止其生銹的作用，同時(shí)具有較好的阻尼減振功效[9]。圖4為該車(chē)型最初的抗石擊膠的噴涂區(qū)域，噴涂厚度為0.5 mm～1.0 mm。

圖4 抗石擊膠的初始噴涂區(qū)域

通過(guò)圖4可以發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)變能相對(duì)較大的后端區(qū)域并沒(méi)有進(jìn)行抗石擊膠的噴涂，且0.5 mm～1.0 mm的噴涂厚度偏小。為提升NVH性能，可對(duì)抗石擊膠進(jìn)行如下更改：

1.在后端應(yīng)變能較大區(qū)域補(bǔ)充噴涂抗石擊膠，如圖5所示；

2.將后地板所有區(qū)域的抗石擊膠的厚度提升至1.0 mm～1.5 mm。

圖5 抗石擊膠的新噴涂區(qū)域

進(jìn)行更改后，再測(cè)試NVH性能，分別對(duì)第一排、第二排、第三排乘客位置進(jìn)行噪聲聲壓級(jí)測(cè)試，結(jié)果如圖6－圖8所示。

圖6 第一排乘客位置噪聲測(cè)試結(jié)果（更改抗石擊膠）

圖7 第二排乘客位置噪聲測(cè)試結(jié)果（更改抗石擊膠）

圖8 第三排乘客位置噪聲測(cè)試結(jié)果（更改抗石擊膠）

根據(jù)測(cè)試結(jié)果得出，增加抗石擊膠的噴涂區(qū)域和厚度之后，第一排乘客的噪聲聲壓級(jí)降低2 dB～3 dB，第二排乘客的噪聲聲壓級(jí)降低約1 dB，對(duì)于第三排乘客，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min～2 300 r/min處有明顯升高，經(jīng)查為傳動(dòng)軸不平衡引起，除此之外，其噪聲聲壓級(jí)降低2 dB～4 dB。

由測(cè)試結(jié)果可知，增加抗石擊膠的噴涂區(qū)域和厚度對(duì)降低車(chē)內(nèi)的噪聲有較明顯的效果。

3.2 瀝青阻尼板優(yōu)化方案

更改抗石擊膠后，其測(cè)試結(jié)果表明NVH性能有所改善，但噪聲聲壓級(jí)仍較高，而且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 500 r/min左右時(shí)，噪聲聲壓級(jí)存在一個(gè)峰值，即在此轉(zhuǎn)速下的噪聲更為明顯。因此，可通過(guò)更改瀝青阻尼板來(lái)再次改進(jìn)NVH性能。

瀝青阻尼板指的是使用瀝青作為原料的阻尼片，貼在車(chē)身內(nèi)表面。作為一種黏彈性材料，瀝青阻尼板使用熱熔的方式使其緊貼在車(chē)身的鋼板壁上，起到減少振動(dòng)、降低噪聲的作用[10–11]。因?yàn)r青阻尼板布置在車(chē)內(nèi)，要避開(kāi)座椅、安全帶等安裝點(diǎn)的位置，故往往無(wú)法完全覆蓋住車(chē)內(nèi)地板，其瀝青阻尼板的布置區(qū)域如圖9所示。其中，阻尼板①、④、⑤分別是應(yīng)變能較大的區(qū)域，在此區(qū)域布置可明顯降低地板的振動(dòng)；而②、③則是第三排乘客的腳部放置區(qū)域，此區(qū)域布置瀝青阻尼板可明顯降低乘客腳底感受到的振動(dòng)感。

圖9 瀝青阻尼板布置

對(duì)于瀝青阻尼板而言，厚度越大，其抗阻尼性能越好，為了再次改進(jìn)NVH性能，可增加瀝青阻尼板的厚度，將阻尼板①－⑤的厚度由3 mm改為5 mm，并進(jìn)行噪聲聲壓級(jí)測(cè)試。噪聲聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果如圖10～圖12所示。

圖10 第一排乘客位置噪聲測(cè)試結(jié)果（更改瀝青阻尼板）

圖11 第二排乘客位置噪聲測(cè)試結(jié)果（更改瀝青阻尼板）

圖12 第三排乘客位置噪聲測(cè)試結(jié)果（更改瀝青阻尼板）

根據(jù)測(cè)試結(jié)果得出，增加瀝青阻尼板厚度之后，第一排乘客的噪聲聲壓級(jí)降低1 dB～2 dB，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 500 r/min左右的峰值降低2 dB；第二排乘客的噪聲聲壓級(jí)降低約1 dB～3 dB，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 500 r/min左右的峰值降低3 dB；第三排乘客的噪聲聲壓級(jí)降低約1 dB～4 dB，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 500 r/min左右的峰值降低4 dB。

4 對(duì)比分析

以上的測(cè)試結(jié)果表明，優(yōu)化抗石擊膠的噴涂和增加瀝青阻尼板的厚度，均能較為明顯地減小地板的振動(dòng)，降低噪聲，從而改善NVH性能。

通過(guò)對(duì)比，2個(gè)方案的降噪效果基本一致，但更改瀝青阻尼板方案的重量和成本均為更改抗石擊膠方案的2倍左右，故更改抗石擊膠的性價(jià)比更高。

但同時(shí)，抗石擊膠的另一個(gè)作用是保護(hù)汽車(chē)底部涂層防止其生銹，故噴涂范圍較大，且因噴涂工藝的一致性要求需要在各個(gè)區(qū)域均勻噴涂；而瀝青阻尼板可以有針對(duì)性地在應(yīng)變能較大的區(qū)域進(jìn)行布置。

因此，為了能達(dá)到最優(yōu)的效果，可以根據(jù)車(chē)身底部的防護(hù)要求在噴涂一定厚度的抗石擊膠后，再根據(jù)應(yīng)變能分析結(jié)果等要求有針對(duì)性地布置瀝青阻尼板。

5 結(jié)語(yǔ)

以提高某MPV車(chē)型的NVH性能為目的，對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)和阻尼材料的性能進(jìn)行分析。通過(guò)CAE應(yīng)變能分析結(jié)果，得出了地板上振動(dòng)較大的區(qū)域，對(duì)這些區(qū)域上的抗石擊膠和瀝青阻尼板進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，可以得出阻尼材料在提升汽車(chē)NVH性能上的效果。通過(guò)兩種阻尼材料的降噪效果對(duì)比，可以看出抗石擊膠的性價(jià)比更高，但其受限于其他功能以及工藝，無(wú)法根據(jù)應(yīng)變能分析結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性噴涂；而瀝青阻尼板則反之。故兩種阻尼材料應(yīng)配合使用方能達(dá)到最優(yōu)的效果。該方法同樣適用于其他車(chē)型，可為其他車(chē)型的NVH性能提升提供參考。

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Study on the Influence of Body Structures and Damping Material Properties on NVH Performance of Vehicles

LI Zhi-teng1,HU Gui-jin2,OUYANG Jun1
(1.Technical Development Center,SAIC-GM-WulingAutomobile Co.Ltd., Liuzhou 545007,Guangxi China; 2.Technical Development Center,Liuzhou WulingAutomobile Industry Co.Ltd., Liuzhou 545007,Guangxi China)

In order to improve the NVH performance of a vehicle,its body structure and strain energy are analyzed. Then,the stone crash protection coating and bitumen deadener are optimized and the NVH performance is tested.The test results show that the sound pressure level is obviously reduced after the optimization.According to the comparative analysis of the test results,the features of the two damping materials are obtained and their optimal combination scheme is provided. The analysis and test method provide a reference for NVH performance improvement of some other type vehicles.

vibration and wave;NVH;strain energy;stone crash protection coating;bitumen deadener

U461.4

：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1355.2017.03.026

1006-1355(2017)03-0131-04

2016-11-15

李直騰，男，廣西柳州市人，碩士生，工程師，主要研究方向?yàn)槠?chē)車(chē)身設(shè)計(jì)、汽車(chē)阻尼材料研究。E-mail:zhiteng.li@sgmw.com.cn