李直騰，胡桂金，歐陽軍

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

車身結(jié)構(gòu)及阻尼材料對汽車NVH性能影響研究

李直騰1，胡桂金2，歐陽軍1

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

為改善某車型的NVH性能，對其車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與應(yīng)變能分析，對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性能測試。測試結(jié)果表明，噪聲聲壓級(jí)有較明顯降低。對測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，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。該分析測試方法能夠?qū)ζ渌囆偷腘VH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，是衡量汽車乘坐舒適性的重要指標(biāo)[1]。近年來，各大整車制造企業(yè)和零部件制造企業(yè)都對汽車NVH性能尤為關(guān)注，并將汽車NVH技術(shù)作為重要的研究內(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)、車身性能、隔音阻尼材料等等[2]。其中，車身系統(tǒng)是整車NVH系統(tǒng)的響應(yīng)系，在整車NVH特性的研究中占有重要的地位[3]；而阻尼材料可以通過降低車身的高頻振動(dòng)，從而達(dá)到降低車內(nèi)噪聲的作用[4–5]。本文通過對某前置后驅(qū)MPV車型的車身地板區(qū)域進(jìn)行NVH性能分析，對后地板區(qū)域的車身結(jié)構(gòu)、阻尼材料進(jìn)行研究，得出車身結(jié)構(gòu)及阻尼材料對NVH性能的影響因素，從而提升整車的NVH性能。

1 車身結(jié)構(gòu)研究

車身結(jié)構(gòu)是車輛NVH性能的基礎(chǔ)，車身的靜剛度、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。對于文中研究的MPV車型，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后地板傳入車廂內(nèi)，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋通過底盤安裝硬點(diǎn)對后地板產(chǎn)生激勵(lì)，使車身產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響NVH性能。

圖1和圖2為本車型后地板結(jié)構(gòu)圖，由圖可見，車身地板為一整塊，底部由2根縱梁和若干橫梁組成。一般來說，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

通過分析結(jié)果可知，應(yīng)變能較大的區(qū)域分別對應(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)需要對這些區(qū)域重點(diǎn)關(guān)注[6]。

3 阻尼減振方案

車身的振動(dòng)是車身行駛過程中產(chǎn)生噪聲的根本原因，在車身上增加阻尼材料可以有效的降低車身的振動(dòng)，從而降低車內(nèi)噪聲。本文中用于研究的車型為前置后驅(qū)車型，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)噹┘拥恼駝?dòng)，能夠較好地改進(jìn)NVH性能[7]。

車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，通過噴涂的形式，涂在汽車地板的底部，涂層強(qiáng)度高，耐碎裂、耐沖擊，起到保護(hù)汽車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

通過圖4可以發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)變能相對較大的后端區(qū)域并沒有進(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，再測試NVH性能，分別對第一排、第二排、第三排乘客位置進(jìn)行噪聲聲壓級(jí)測試，結(jié)果如圖6－圖8所示。

圖6 第一排乘客位置噪聲測試結(jié)果（更改抗石擊膠）

圖7 第二排乘客位置噪聲測試結(jié)果（更改抗石擊膠）

圖8 第三排乘客位置噪聲測試結(jié)果（更改抗石擊膠）

根據(jù)測試結(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。

由測試結(jié)果可知，增加抗石擊膠的噴涂區(qū)域和厚度對降低車內(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，可通過更改瀝青阻尼板來再次改進(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青阻尼板布置在車內(nèi)，要避開座椅、安全帶等安裝點(diǎn)的位置，故往往無法完全覆蓋住車內(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)測試。噪聲聲壓級(jí)測試結(jié)果如圖10～圖12所示。

圖10 第一排乘客位置噪聲測試結(jié)果（更改瀝青阻尼板）

圖11 第二排乘客位置噪聲測試結(jié)果（更改瀝青阻尼板）

圖12 第三排乘客位置噪聲測試結(jié)果（更改瀝青阻尼板）

根據(jù)測試結(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 對比分析

以上的測試結(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。

通過對比，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)果等要求有針對性地布置瀝青阻尼板。

5 結(jié)語

以提高某MPV車型的NVH性能為目的，對車身結(jié)構(gòu)和阻尼材料的性能進(jìn)行分析。通過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)過試驗(yàn)測試，可以得出阻尼材料在提升汽車NVH性能上的效果。通過兩種阻尼材料的降噪效果對比，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，無法根據(jù)應(yīng)變能分析結(jié)果進(jìn)行針對性噴涂；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型，可為其他車型的NVH性能提升提供參考。

[1]王立公.NVH—汽車工業(yè)的新戰(zhàn)場[J].世界汽車，1995，5：24-25.

[2]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[3]黃宗斌，嚴(yán)莉，向上，等.白車身結(jié)構(gòu)NVH優(yōu)化技術(shù)研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2015，35(2)：80-85.

[4]周敬東，張三強(qiáng)，陳源，等.帶有阻尼結(jié)構(gòu)的車內(nèi)噪聲控制研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2009，29(4)：82-84.

[5]SUBRAMANIAN S,SURAMPUDI R,THOMSON K R, et al.Optimization of damping treatments for structure borne noise reduction[J].SAE Transactions,2003,112(6): 1926-1938.

[6]朱林森，周鋐，趙靜.基于模態(tài)應(yīng)變能分析和板件單元貢獻(xiàn)分析的車輛阻尼處理[C].2009 LMS中國用戶大會(huì)論文集.

[7]黃冬明，上官文斌.汽車常見NVH問題與解決方案[J].數(shù)字技術(shù)與機(jī)械加工工藝裝備，2011(3)：19-22.

[8]王秋鋒，王錚，石永泉.NVH材料在汽車中的應(yīng)用[C].河南省汽車工程學(xué)會(huì)第八屆科研學(xué)術(shù)研討會(huì)輪文集.

[9]楊學(xué)巖，張珂珈，宮殿璽.車底PVC涂料的施工方式[J].汽車工藝與材料,2009(1)：22-23.

[10]LALL A K,ASNANI N T,NAKRA B C.Damping analysis of partially covered sandwich beams[J].Journal of Sound and Vibration,1988,123(2):247-259.

[11]WANG H J,CHEN L W.Finite Element Dynamic Analysis of Orthotropic CylindricalShellwith a Constrained Damping Layer[J].Finite Element Analysis and Design,2004,40(7):737-755.

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囓嚿碓O(shè)計(jì)、汽車阻尼材料研究。E-mail:zhiteng.li@sgmw.com.cn