基于NVH性能的某車型下車體優(yōu)化設(shè)計(jì)

和麗梅

摘要：本文通過(guò)解決某車型下車體結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題，提出多種優(yōu)化方案并進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化改進(jìn)，使下車體結(jié)構(gòu)滿足NVH性能目標(biāo)要求，并總結(jié)出提高下車體NVH性能的經(jīng)驗(yàn)，為今后的設(shè)計(jì)開發(fā)提供指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：NVH；振動(dòng)；下車體結(jié)構(gòu)

1引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于汽車舒適性的需求逐漸提高。在購(gòu)車后的滿意度方面，在所有汽車用戶不滿意的問(wèn)題中，約有1/3的問(wèn)題與NVH有關(guān)；同時(shí)，1/5的售后問(wèn)題與NVH有關(guān)，特別是用戶在開車過(guò)程中感覺(jué)到車身不同程度的振動(dòng)和車內(nèi)有轟鳴聲是難以接受的。這也要求我們?cè)谄嚱Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，更多地對(duì)汽車NVH性能進(jìn)行提升和優(yōu)化。

本文主要是解決某廂式車的下車體在發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位處，中排座椅，中后排座椅處，振動(dòng)響應(yīng)較差的問(wèn)題，在基于深入理解NVH的理論知識(shí)，才能提出有效的結(jié)構(gòu)方案，以滿足性能要求。

2理論基礎(chǔ)

2.1振動(dòng)激勵(lì)源

人體能感受到的振動(dòng)主要在0.5Hz至50 H7之間，是由頻率，振動(dòng)級(jí)和方向決定的。汽車振動(dòng)源主要有：路面激勵(lì)對(duì)懸架的作用、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)（運(yùn)動(dòng)件的不平衡旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)、曲軸的變動(dòng)氣體負(fù)荷、氣門組慣性力和彈性力，輪系振動(dòng)）、傳動(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)（變速器嚙合齒輪副的負(fù)荷作用、傳動(dòng)軸等速萬(wàn)向節(jié)的變動(dòng)力矩）等。

2.2隔振技術(shù)

物塊振動(dòng)時(shí)傳遞到基礎(chǔ)上的力為兩部分：

一部分是由于彈簧變形而作用于基礎(chǔ)上的力，另一部分是通過(guò)阻尼元件作用于基礎(chǔ)的力。兩部分力相位差為90°，頻率相同，合成為一個(gè)同頻率合力，合力的最大值為：

不同阻尼時(shí)傳遞率n與頻率比入的關(guān)系如圖，表明力的傳遞率與阻尼和激振頻率有關(guān)。

（1）n<1時(shí)，隔振才有意義。

（2）頻率比入>1.414，n<1，才能達(dá)到隔振的目的。

（3）系統(tǒng)的固有頻率n越小隔振越好，隔振彈簧剛度要小。

（4）入>1.414時(shí)，加大阻尼會(huì)使振幅增大，降低隔振效果。

（5）阻尼太小，機(jī)器過(guò)共振區(qū)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，隔振，要選擇恰當(dāng)阻尼值。

3下車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

某廂式車的下車體在發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位處，中排座椅，中后排座椅處振動(dòng)響應(yīng)—加速度響應(yīng)小于300（mm/s^2）。

3.2原有結(jié)構(gòu)分析

某廂式車的下車體在發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位處，中排座椅，中后排座椅處振動(dòng)響應(yīng)—加速度響應(yīng)大于300（mm/s^2），不滿足目標(biāo)要求。

問(wèn)題1：發(fā)動(dòng)機(jī)左懸掛處激勵(lì)下各點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)：發(fā)動(dòng)機(jī)左懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位下振動(dòng)響應(yīng)加速度為490（mm/s^2），不滿足要求，見(jiàn)圖1。

問(wèn)題2：發(fā)動(dòng)機(jī)后懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位處，中排座椅，中后排座椅處振動(dòng)響應(yīng)加速度分別為：450（mm/s^2），1180（mm/s^2）和700（mm/s^2），不滿足要求，見(jiàn)圖2。

3.3 NVH優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)隔振技術(shù)原理，板結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制策略主要有：

①模態(tài)分離：使得局部模態(tài)與整車模態(tài)分開；相連部件的模態(tài)分開；

②剛度控制：剛度是調(diào)節(jié)頻率的主要因素，它能便捷地調(diào)節(jié)模態(tài)頻率；

③阻尼控制：阻尼可以抑制板的振動(dòng)，從而減小輻射；

④質(zhì)量控制：增加質(zhì)量既使得系統(tǒng)頻率偏移，也使得振動(dòng)幅值降低。

根據(jù)以上的策略，從結(jié)構(gòu)上考慮即剛度控制，方案如表1。

4優(yōu)化方案驗(yàn)證

對(duì)問(wèn)題1分析結(jié)果：各個(gè)方案模型發(fā)動(dòng)機(jī)左懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位下的響應(yīng)有所改善，其中方案二合方案三能滿足目標(biāo)要求

對(duì)問(wèn)題2分析結(jié)果：各個(gè)方案模型發(fā)動(dòng)機(jī)后懸掛處激勵(lì)下駕駛員座位處、中排座椅處，中后排座椅處的響應(yīng)有較大改善，其中方案二合方案三能滿足目標(biāo)要求，見(jiàn)圖3。

5結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)解決某廂式車下車體的振動(dòng)問(wèn)題可以看出，在低頻階段，車身骨架/接頭/主斷面對(duì)NVH性能起關(guān)鍵作用，零件的剛度起至關(guān)重要的作用，在薄板上要增加相應(yīng)的筋條，筋條大小和位置布置得到其剛度會(huì)迅速地提升，所以在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量避免出現(xiàn)大面積的平板出現(xiàn)，只要有平板出現(xiàn)其剛度不好，隨之也會(huì)出現(xiàn)響應(yīng)加速度偏大，震感強(qiáng)烈，NVH性能差的問(wèn)題。橫梁的接頭也是要講究，不能隨便放置就可以了，要把力的傳遞通道給搭好了，如果接頭不強(qiáng)其剛度也會(huì)弱，有研究表明車身接頭剛度對(duì)整個(gè)車身剛度的影響可達(dá)50%～70%，所以接頭設(shè)計(jì)至關(guān)重要。只有把白車身模態(tài)、局部模態(tài)好，其整車的NVB性能才會(huì)更好。