基于NV H的客車(chē)開(kāi)發(fā)構(gòu)想

田靜

（東風(fēng)汽車(chē)有限公司 東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心，武漢 430056）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，路面條件的不斷改善，客車(chē)在整個(gè)交通工具的運(yùn)量中所占比例越來(lái)越高。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的客車(chē)市場(chǎng)上，作為用戶(hù)直接感受的汽車(chē)舒適性、噪聲控制的主要評(píng)價(jià)參數(shù)NVH已成為評(píng)價(jià)汽車(chē)性能的重要指標(biāo)，其重要性等同于安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放等性能。在客車(chē)行業(yè)內(nèi)，同檔次車(chē)型在常規(guī)性能方面的綜合“性?xún)r(jià)比”越來(lái)越接近，提高客車(chē)NVH控制水平就成為新的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。客車(chē)的NVH性能也就成為了決定車(chē)型開(kāi)發(fā)成功與否的重要影響因素之一。

1 客車(chē)開(kāi)發(fā)流程的現(xiàn)狀和NVH問(wèn)題

現(xiàn)有的客車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，在產(chǎn)品調(diào)研初期，根據(jù)用戶(hù)需求特性分析設(shè)定各項(xiàng)量化性能指標(biāo)：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、制動(dòng)性、通過(guò)性等參數(shù)。在產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，圍繞設(shè)定的各項(xiàng)性能指標(biāo)，開(kāi)展整車(chē)及各系統(tǒng)分析計(jì)算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)后期，通過(guò)實(shí)車(chē)試制、性能試驗(yàn)和用戶(hù)使用試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)成情況。

從圖1中可以看出，NVH的開(kāi)發(fā)與控制未納入到新車(chē)型設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，流程中缺乏明確NVH控制指標(biāo)及設(shè)計(jì)分析控制，直至實(shí)車(chē)測(cè)試、或推向市場(chǎng)后才發(fā)現(xiàn)，NVH品質(zhì)成為影響到整車(chē)綜合性能的主要因素。

分析整理現(xiàn)有的客車(chē)整車(chē)試驗(yàn)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，很多實(shí)車(chē)都不同程度的存在NVH性能不足的問(wèn)題，但在實(shí)車(chē)完成后又無(wú)法采用更有效的手段來(lái)解決。下面通過(guò)分析某款客車(chē)存在的NVH問(wèn)題為例，詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)有開(kāi)發(fā)流程中對(duì)整車(chē)NVH性能控制的不足的問(wèn)題。

2 客車(chē)NVH問(wèn)題實(shí)例分析

2.1 客車(chē)實(shí)例車(chē)型簡(jiǎn)介

某車(chē)型定位為高檔客車(chē)。按照常規(guī)客車(chē)開(kāi)發(fā)流程，經(jīng)過(guò)預(yù)研階段廣泛調(diào)研、項(xiàng)目可行性分析，確定產(chǎn)品各主要性能指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 主要性能指標(biāo)

表2 實(shí)車(chē)NVH問(wèn)題分析

表3 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后車(chē)內(nèi)主要測(cè)點(diǎn)加速度對(duì)比

表4 懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)總成隔振率數(shù)據(jù)

2.2 實(shí)車(chē)NVH問(wèn)題描述及分析

開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為確保車(chē)內(nèi)外噪聲指標(biāo)的達(dá)成，從新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝等方面考慮各種降噪措施的應(yīng)用。如設(shè)計(jì)新型發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)隔熱降噪；電控硅油風(fēng)扇降低風(fēng)扇噪音；車(chē)身輪鼓包耐石擊及阻尼涂料；隔音降噪新材料在車(chē)身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用等。但實(shí)車(chē)裝配完成后，經(jīng)主觀評(píng)價(jià)測(cè)試后仍存在若干噪聲及振動(dòng)問(wèn)題（見(jiàn)表2）。

逐一分析、查找原因，存在的NVH問(wèn)題主要涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)和車(chē)身等系統(tǒng)，而各系統(tǒng)NVH問(wèn)題之間又是密切相關(guān)、互相影響的。如有些NVH問(wèn)題不能通過(guò)本系統(tǒng)的局部措施來(lái)有效解決，對(duì)實(shí)車(chē)問(wèn)題4分析：排除發(fā)動(dòng)機(jī)本身性能不成熟的因素，就必須綜合底盤(pán)、車(chē)身系統(tǒng)共同解決。

又如有些底盤(pán)NVH的改善措施，也同樣會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)NVH問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題1通過(guò)在實(shí)車(chē)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化后，不僅明顯消除了“怠速工況下方向盤(pán)發(fā)抖、地板振動(dòng)”、“加速時(shí)地板振動(dòng)增大”等問(wèn)題，同時(shí)“發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)，抖動(dòng)劇烈”也明顯改善。測(cè)試得到“動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后車(chē)內(nèi)主要測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)”（見(jiàn)表3）和“懸置系統(tǒng)隔振數(shù)據(jù)”（見(jiàn)表 4）。

對(duì)比ISO 2631中的“振動(dòng)量級(jí)與主觀評(píng)級(jí)之間的關(guān)系”，表3中優(yōu)化后車(chē)內(nèi)主要座椅振動(dòng)舒適性都滿(mǎn)足人體舒適度的要求，NVH改善明顯，優(yōu)化比率較高。與此同時(shí)表4的測(cè)試結(jié)果也表明，優(yōu)化后發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置平均隔振率標(biāo)準(zhǔn)差減小，前后懸置隔振率均衡，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)隔振有效提高，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停機(jī)抖動(dòng)得到了有效衰減。

分析實(shí)車(chē)存在的其它NVH問(wèn)題：

主觀評(píng)價(jià)底盤(pán)NVH問(wèn)題：靜止加速、行駛加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，1 400 rpm時(shí)車(chē)身共鳴聲。

實(shí)車(chē)客觀測(cè)試NVH問(wèn)題：直線行駛工況下某座位座墊處振動(dòng)測(cè)試，在五擋60 km/h時(shí)存在數(shù)據(jù)異常。見(jiàn)表5數(shù)據(jù)。

表5 某座位座墊處振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

分析共振和振動(dòng)異常點(diǎn)主要有以下可能：

1）車(chē)身(或車(chē)架)的固有模態(tài)也存在與五擋時(shí)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的激勵(lì)頻率對(duì)應(yīng)的模態(tài)；

2）在五擋時(shí)發(fā)生的振動(dòng)，且速度不一樣，可能是變速箱本身的傳動(dòng)引起，需要臺(tái)架試驗(yàn)：變速箱或動(dòng)力總成；

3）數(shù)據(jù)測(cè)量處理異常等。

除第3個(gè)因素外，第2個(gè)因素所需振動(dòng)源數(shù)據(jù)，必須通過(guò)動(dòng)力總成臺(tái)架試驗(yàn)獲得；第1個(gè)因素的分析，需要提供開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段車(chē)架、車(chē)身或傳動(dòng)軸的模態(tài)數(shù)據(jù)，但由于在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段未設(shè)定NVH指標(biāo)，現(xiàn)在從實(shí)車(chē)上獲得數(shù)據(jù)幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在要進(jìn)一步開(kāi)展NVH問(wèn)題解決就異常困難，如果不能徹底查清振動(dòng)源，還可能會(huì)帶來(lái)此消彼長(zhǎng)的NVH問(wèn)題。由此可以看出按照傳統(tǒng)客車(chē)流程開(kāi)發(fā)，常會(huì)出現(xiàn)上述無(wú)法控制的NVH問(wèn)題。

3 客車(chē)NVH開(kāi)發(fā)構(gòu)想

3.1 基于NVH的客車(chē)開(kāi)發(fā)流程構(gòu)想

上述實(shí)例告訴我們，解決客車(chē)NVH問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是在開(kāi)發(fā)中要設(shè)計(jì)和解決控制達(dá)到的性能的問(wèn)題，而不是實(shí)車(chē)出現(xiàn)問(wèn)題再解決或產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后“亡羊補(bǔ)牢”的工作。而按照常規(guī)的沒(méi)有NVH控制目標(biāo)的客車(chē)開(kāi)發(fā)流程，其N(xiāo)VH性能很難達(dá)到滿(mǎn)足客戶(hù)需求的。解決客車(chē)存在的噪聲、振動(dòng)和共鳴等問(wèn)題是一項(xiàng)涉及到整車(chē)的系統(tǒng)性工程，必需在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段引入NVH的重要指標(biāo)來(lái)衡量，才能有效控制車(chē)輛的NVH設(shè)計(jì)水平，見(jiàn)圖2。

在產(chǎn)品定義（概念設(shè)計(jì)）階段，就要充分考慮整車(chē)NVH性能需求，設(shè)定NVH性能目標(biāo)；在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段，分解整車(chē)、系統(tǒng)和部件的NVH性能，同時(shí)結(jié)合CAE分析進(jìn)行各零件、部件和整車(chē)的NVH性能的分析；在產(chǎn)品驗(yàn)證階段，配合進(jìn)行NVH性能測(cè)試；在生產(chǎn)、市場(chǎng)銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，解決并處理生產(chǎn)和用戶(hù)的NVH問(wèn)題。

3.2 NVH開(kāi)發(fā)的第一階段—目標(biāo)設(shè)定與分解

在客車(chē)概念設(shè)計(jì)階段，主要目標(biāo)是制定總體技術(shù)指標(biāo)。這一階段應(yīng)將NVH性能作為一個(gè)重要性能指標(biāo)提出，并分解到各子系統(tǒng)直至到部件級(jí)和供應(yīng)商。這一工作是決定客車(chē)NVH性能的關(guān)鍵一步。

影響整車(chē)級(jí)NVH性能目標(biāo)制定的具體因素有：

1）滿(mǎn)足顧客需求的振動(dòng)噪聲舒適性水平，了解用戶(hù)常用工況和路況下的振動(dòng)噪聲目標(biāo)，同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)聲品質(zhì)的需要；

2）滿(mǎn)足政府對(duì)振動(dòng)噪聲法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；

3）新開(kāi)發(fā)車(chē)型，必須認(rèn)真研究目標(biāo)樣車(chē)的產(chǎn)品；

4）了解外購(gòu)系統(tǒng)和零部件的NVH水平。

整車(chē)NVH目標(biāo)的制定需綜合考慮以上四個(gè)因素，同時(shí)對(duì)設(shè)定目標(biāo)樣車(chē)，應(yīng)用Benchmarking技術(shù)，采用主觀評(píng)價(jià)、客觀測(cè)試評(píng)估的方法，了解和掌握目標(biāo)樣車(chē)的NVH性能，建立開(kāi)發(fā)車(chē)型的NVH性能標(biāo)桿，還要研究市場(chǎng)用戶(hù)的需求，建立各種工況狀態(tài)下的整車(chē)級(jí)目標(biāo)，如：整車(chē)模態(tài)分布表，怠速、勻速、全加速等工況噪聲與振動(dòng)目標(biāo)等等。

汽車(chē)上各個(gè)系統(tǒng)是相互連接在一起，相連接的系統(tǒng)模態(tài)一定要分開(kāi)，否則會(huì)發(fā)生共振。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，各個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)既相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期就需要規(guī)定各個(gè)系統(tǒng)的模態(tài)頻率范圍，并把相連接系統(tǒng)或部件的模態(tài)頻率分開(kāi)，制定模態(tài)分離策略—模態(tài)分布表。

整車(chē)級(jí)NVH目標(biāo)制定后，將其分解到子系統(tǒng)和部件，這是一個(gè)理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的過(guò)程。開(kāi)發(fā)一款新客車(chē)，需要設(shè)定幾百個(gè)NVH目標(biāo)，需要堅(jiān)持以下幾個(gè)原則：

1）目標(biāo)分解是自下而上和自上而下的雙向過(guò)程；

2）在整車(chē)NVH目標(biāo)確定的情況下，需要平衡各個(gè)系統(tǒng)的NVH指標(biāo)；

3）NVH目標(biāo)必須與其他性能指標(biāo)平衡。

各子系統(tǒng)NVH目標(biāo)主要有如下內(nèi)容：動(dòng)力總成、傳動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)身結(jié)構(gòu)、進(jìn)排氣系統(tǒng)等等NVH目標(biāo)、及相關(guān)聲品質(zhì)目標(biāo)。

3.3 NVH 開(kāi)發(fā)的第二階段—目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

這一階段也是車(chē)型詳細(xì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，通過(guò)系統(tǒng)零部件的多方案設(shè)計(jì)建模、仿真分析，達(dá)成及驗(yàn)證其設(shè)計(jì)目標(biāo)性能。

首先根據(jù)各級(jí)NVH目標(biāo)，確定各目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。研究車(chē)輛NVH性能首先必須研究NVH設(shè)計(jì)的技術(shù)和方法。對(duì)NVH性能的研究主要有以多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(MB)、有限元方法(FEM)、邊界元方法(BEM)、統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)法等分析方法為主要內(nèi)容的CAE技術(shù)等。

因整車(chē)和系統(tǒng)及部件之間具有復(fù)雜的動(dòng)態(tài)關(guān)系，可以用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，建立整車(chē)級(jí)各主要系統(tǒng)及部件的CAE模型，進(jìn)行仿真分析。

其次，通過(guò)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的性能目標(biāo)。需完成確定每個(gè)元件的詳細(xì)特征；進(jìn)行各子系統(tǒng)研究的可靠性設(shè)計(jì)和多元化優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為保證車(chē)輛NVH目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要求各子系統(tǒng)目標(biāo)的確定也要符合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)的要求。最后，根據(jù)仿真分析及研究結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)及零部件進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將最優(yōu)結(jié)構(gòu)安裝在虛擬的模型樣車(chē)上，并檢查安裝空間、成本和質(zhì)量等因素，進(jìn)行設(shè)計(jì)的改善和優(yōu)化。

3.4 NVH開(kāi)發(fā)的第三階段—目標(biāo)驗(yàn)證

客車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)后期，NVH設(shè)計(jì)與分析完成。當(dāng)從數(shù)字化樣車(chē)完成后，各項(xiàng)性能達(dá)成要求后，進(jìn)行模型試制。試制前，需先完成各系統(tǒng)測(cè)試，判斷是否滿(mǎn)足系統(tǒng)NVH目標(biāo)設(shè)計(jì)要求，確保數(shù)字模型與實(shí)車(chē)的一致性。

實(shí)車(chē)完成后，需要對(duì)比目標(biāo)樣車(chē)，進(jìn)行NVH性能調(diào)試，判斷是否達(dá)到最初的設(shè)定目標(biāo)。

與樣車(chē)的性能試驗(yàn)同步進(jìn)行NVH性能測(cè)試。通過(guò)開(kāi)展的主觀評(píng)價(jià)、客觀測(cè)試等方法，采集實(shí)車(chē)NVH性能數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步準(zhǔn)確分析與修改NVH設(shè)計(jì)、優(yōu)化NVH性能提供依據(jù)。重點(diǎn)關(guān)注部品質(zhì)量對(duì)車(chē)輛NVH性能的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

NVH開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)必須與客車(chē)開(kāi)發(fā)流程緊密相連的復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，它要求在客車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段運(yùn)用NVH設(shè)計(jì)和控制方法進(jìn)行大量的工作。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，NVH的試驗(yàn)設(shè)備、仿真分析軟件都日益完善，客車(chē)開(kāi)發(fā)采用NVH的開(kāi)發(fā)流程是很容易實(shí)現(xiàn)的。在客車(chē)開(kāi)發(fā)中將NVH融入客車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，用有效的設(shè)計(jì)手段，提高核心技術(shù)的設(shè)計(jì)水平，提升客車(chē)商品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，我們的自主研發(fā)水平一定會(huì)有更大的進(jìn)步和提高。

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