关于车身NVH性能设计分析

关于车身NVH性能设计分析

秦多   ,岳志强

长城汽车股份有限公司 河北省汽车技术创新中心   河北保定    071000

摘 要:汽车NVH性能是汽车研发人员重点关注的性能指标。为此,提出了汽车产品开发过程的车身 NVH 性能设计策略。通过车身结构设计、阻尼设计、密封设计、阻隔设计、补强设计、吸声设计、隔声设计、低风噪设计方法实现 NVH 性能提升。

关键词 车身结构; 噪声; 振动; 开发流程; NVH

1 汽车NVH问题来源

1.1 动力总成激励

动力总成的振动噪声源来自热力过程的周期性和部分受力杆件的往复运动,可分为机械噪声、燃烧噪声、空气动力噪声。机械噪声发生在运动部件上,在气缸压力和运动部件惯性力的作用下,运动部件产生冲击和振动而引起噪声;燃烧噪声发生在气缸中,燃烧气体产生的压力波冲击气缸壁,使得气缸产生振动辐射出噪声;空气动力噪声是发动机周期性进气和排气引起气体流动而产生的噪声,主要发生在进气口和排气口位置。动力总成的振动通过发动机悬置、排气系统挂钩、进气系统支架传递到车身,引起车身振动,从而产生车内噪声。

1.2 路面激励

汽车在路面上行驶时,轮胎与路面不断地局部挤压和释放,造成垂向激振力;在汽车行驶过程中轮胎与路面在接触面持续地滚挤、释放,造成纵向激振力。

1.3 风激励

风噪声按风激励对象和变现形式不同来划分,可划分为风振噪声、脉动噪声、空腔噪声、气吸噪声。高速气流作用在车身上后产生压力脉动,造成涡流扰动的脉动噪声;汽车行驶时打开天窗或侧窗玻璃时,在窗口位置气流涡流运动频率与车内声腔频率共振产生风振噪声;高速气流进入车身外部件之间的间隙空腔振荡进而产生空腔噪声。

2 汽车NVH开发流程

汽车NVH开发流程主要分为:目标设定→目标分解→设计→性能验证→量产。

在目标设定阶段的工作主要是项目团队对目标市场的竞品车型进行 NVH 性能参数测试,制定整车 NVH 性能目标。

在目标分解阶段,项目团队对各个子系统进行目标设定,如对动力、悬架系统设定连接点的位移量,对车身系统设定模态、声灵敏度等。通过各子系统的性能目标实现达到整车 NVH 性能目标要求。

对子系统进行3D数据建模、CAE仿真分析、风险点预测与评估、运动模拟分析设计检查、优化设计。

在性能验证阶段,主要对样车在怠速、加速、滑行、匀速、高速等常规工况下的车内振动、噪声、声品质进行主观评价和客观测试。主观评价是人体对车内声音和振动的主观生理感受,客观测试是通过数据采集器对样车在各个常规工况下的车内振动、噪声和声品质进行客观测试。

综合整车NVH性能状态和可靠稳定性,确认是否达到整车量产目标要求。对于不达标NVH性能项进行原因分析、制定改进措施、仿真分析、方案实物验证,直至性能满足量产目标要求。

3 车身NVH性能的提升

3. 1 车身结构设计

在设计阶段,通过设计完整的车身关键环路、关键断面、关键接头、接附点结构来提高NVH性能。车身模态可以通过基于灵敏度增加车身的扭转刚度、在扭转薄弱处进行刚度加强和质量重分布来提高模态,从而提高NVH性能。声腔模态主要考察200Hz以内的频段,一阶声腔模态容易引起车内轰鸣噪声。声腔模态与车内空腔大小相关,无法改变,车身设计只能避开车身结构模态。

3. 2 车身阻尼设计

阻尼材料分为:热熔沥青阻尼板、磁性沥青阻尼板和水性阻尼。 沥青类阻尼材料是常用的阻尼材料,属于黏弹性阻尼材料。 热熔类片状阻尼具有熔点低、加热后有一定流动性的特点,一般热熔类片状阻尼材料平铺在白车身地板上,通过涂装线烘烤时材料会熔化,待冷却后会牢固粘贴在地板上。磁吸类片状阻尼是在黏弹性材料中添加磁粉,使该阻尼具有磁性,通过涂装烘烤时材料会熔化,冷却后阻尼材料与钢板牢固粘合。热熔沥青阻尼板不能粘附在立面的板件上,主要是布置在水平的车身地板上。磁性沥青阻尼板是在沥青阻尼板中添加磁粉而得到,可以吸附于板件结构上。

3. 3 车身密封设计

车身密封设计的原则:车身尽量少开孔。通往车外的孔必须做密封处理,如地板、侧围、顶盖、前围板区域的孔需要密封。间接连通车内车外的孔洞需要密封。通往车外的钣金搭接边要有密封胶密封。

3. 4 车身阻隔设计

车身系统需要设计阻隔产品来防止噪声进入车内,防止空腔共鸣噪声。阻隔材料是一种发泡材料,常用的发泡材料是醋酸乙烯共聚物(EVA),在腔体大的区域设计有隔断骨架,常用的骨架材料是聚酰胺材料(PA66)。EVA的原始体积很小,在涂装高温烘烤的作用下膨胀,膨胀倍率在8 ~ 18倍,PA66耐高温特性其体积几乎没有变化,膨胀后的EVA将牢牢地卡在通道中间,阻止气流在梁和立柱的通道中流动,从而达到阻隔声音的目的。 一般侧围的内腔腔体尺寸大,外腔是加强板紧贴外板而造成腔体尺寸小,,所以内腔的隔断块材料为PA66+EVA,外腔隔断块材料为EVA。 阻隔材料一般在进入涂装前会装配在立柱和梁的相应位置。

3. 5 车身补强设计

补强材料是通过提高车身板件的刚度从而提高其固有频率,避开激励频率及声腔模态频率,起到模态避频作用以降低车内振动和噪声。补强材料主要用于局部刚度较弱的区域,不仅可减振降噪,同时可提高板件的抗变形能力,提高安全性能。

3. 6 车身吸声设计

汽车上常用的吸声材料有两种:泡沫吸声材料和纤维吸声材料。吸声系数的影响因素有:①结构参数,指的是吸声材料的结构因子、流阻、孔隙率;②物理参数,指的是吸声材料的厚度、密度;③环境因数,指的是吸声材料的温度、湿度。当温度降低,整个吸声系数曲线向低频方向漂移;温度升高,则向高频方向漂移。

3. 7 车身隔声设计

车身隔声是通过结构隔声、隔声材料隔声两种方式。隔声材料阻隔车外噪声向车内的传播,从而降低了车内的噪声。 隔声材料一般与吸声材料组合一起使用,其隔声性能与车身厚度、隔声材料的吸声能力、隔声能力、隔声材料与车身贴合程度相关。 在设计阶段选择隔声材料时,在可选择的范围内,应尽量选取面密度大、厚度大、阻尼大的隔声材料。

3. 8 车身低风噪设计

在造型开发阶段需要基于造型模型CFD输入条件进行CAE分析汽车空气动力学性能,采用流体分析软件对整车造型进行流体预测,再用声学软件计算声场。造型油泥模型阶段也可采用风洞试验进行流体预测;在结构设计阶段要进行风噪检查,根据经验库、对标数据、风噪原理重点检查风噪敏感区域的零件,对零件的段差、间隙、弧度、角度、形状等参数进行检查、确认;在验证阶段进行实车洞试验主观评价和客观测试、实车道路风噪主观评价进行匹配和校对。

4 结论

通过提高车身刚度、结构降噪、密封、吸声、隔声性能来提升车身NVH 性能。 研究结果对车身系统的 NVH 性能前期设计和后期改进具有指导作用和借鉴意义。

参考文献：

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[3]杜建镔. 结构优化及其在振动和声学设计中的应用[ M]. 北京: 清华大学出版社, 2015.