某商用兩缸柴油車NVH性能開發(fā)研究與應用

龐敬超，韋斯洋，陳捷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

某商用兩缸柴油車NVH性能開發(fā)研究與應用

龐敬超，韋斯洋，陳捷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

針對兩缸柴油車的整車NVH要求，為了得到契合法規(guī)需求的數(shù)據(jù)及整車設計的合理性，從研發(fā)設計階段開始，通過制定開發(fā)流程及方法，在理論設計上滿足NVH開發(fā)目的需求，再到樣車試驗反復驗證。利用LMS對比分析問題根本來源，并根據(jù)CAE數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)對設計參數(shù)進行修正，由問題分析結果制定最優(yōu)設計方案。結果表明，該開發(fā)流程高效完成了該兩缸柴油整車的NVH開發(fā)。

兩缸；柴油機；NVH；流程方法；振動

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，整車NVH性能對汽車品質(zhì)的影響占據(jù)了主導地位，左右著消費者的選擇傾向，也逐漸成為了國際及各國家的強制性法規(guī)要求。基于N1系列兩缸柴油車的立項開發(fā)，因柴油燃燒的爆震性，往往產(chǎn)生的內(nèi)外噪達不到法規(guī)要求，乘坐舒適性也無法得到保證，必須尋求一種設計方法流程，提前消除因各種原因引起的整車NVH性能問題。

目前還沒有相關資料顯示有對兩缸柴油商用車的NVH進行研究的先例，本文著重研究N1系列兩缸柴油車發(fā)動機引起的車身NVH性能開發(fā)與應用，以解決兩缸柴油發(fā)動機引起的振動噪聲問題。汽油發(fā)動機相比柴油發(fā)動機NVH性能表現(xiàn)要穩(wěn)定得多，而兩缸柴油車發(fā)動機因重量偏低，重心位置難以均衡，產(chǎn)生的震動較四缸柴油車發(fā)動機更嚴重，可想而知，其NVH表現(xiàn)性能較汽油車相差巨大。因此，在動力系統(tǒng)已經(jīng)定型的情況下，必須事先從車身設計方面開始尋求優(yōu)化的解決方案來實現(xiàn)兩缸柴油車的NVH目標。建立了激勵源-傳遞系統(tǒng)-響應系統(tǒng)NVH開發(fā)流程模型，將NVH性能嵌入到整車設計開發(fā)當中，對每一個相關零件進行潛在分析，根據(jù)分析結果優(yōu)化設計數(shù)據(jù)，同時借助計算機CAE模擬分析，并通過實車驗證設計的有效性。最終成功完成了此車型的NVH開發(fā)。

1　NVH開發(fā)模型的建立

因整車工作工況非常復雜，最終產(chǎn)品體現(xiàn)出來的NVH性能問題分析解決非常耗時且需大量資金支撐。NVH開發(fā)模型的建立大大縮短了整車的開發(fā)周期，降低了整車開發(fā)成本，將大部分NVH問題在設計階段消除。

此兩缸柴油車是基于N1平臺開發(fā)的商用車型，為了驗證此NVH開發(fā)模型的有效性，在此兩缸車設計開發(fā)的同時，在N1系列車汽油車數(shù)據(jù)基礎上，設計了一臺按照傳統(tǒng)設計流程開發(fā)的OTS車，用以作為參數(shù)對比。如表1所示。

表1　根據(jù)NVH模型建立的部分車身數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)設計的車身數(shù)據(jù)變化對比

2　試驗分析驗證

通過設計階段的分析，整車制造出來之后，針對可能會影響整車NVH表現(xiàn)性能的幾方面進行了試驗驗證。

2.1車架地板加強梁前后更改對比內(nèi)容（表1中第1項）

汽車在使用過程中要承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等多種載荷的作用。如果車身剛度設計不合理，車身會容易被激勵起來。某些部位在低頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生局部共振，進而引起車室內(nèi)的轟鳴。根據(jù)車身彎曲剛度公式（1）和扭轉(zhuǎn)剛度公式（2），在軸距一定的情況下，加載一定的外力時，車身彎曲剛度與加載點位移量具有相關性，而扭轉(zhuǎn)剛度與扭轉(zhuǎn)角度具有相關性。

其中：EI為車身的彎曲剛度；W為載荷；a、b分別為前車軸中心、后車軸中心至加載點的距離；δ為加載點的位移。

其中：GL為扭轉(zhuǎn)剛度；F為外力；tr為加力點間的距離；L為輪距；θ為轉(zhuǎn)角［1］。

根據(jù)公式中各特征之間的相關性，在地板中間增加橫梁來加強地板的動態(tài)剛度，可有效減小由外力或激振引起的車身變形，提高振動噪聲表現(xiàn)。據(jù)此，對有、無后地板加強梁的整車進行NVH測試，通過對比分析測試數(shù)據(jù)，來確認不同設計之間的差異性，擇選優(yōu)化方案。圖1到圖3為實車對比實驗測試。

圖1　全油門加速駕駛員耳旁噪聲

圖2　全油門加速第二排座椅處地板振動

圖3　怠速駕駛員耳旁噪聲及2、3排地板振動

圖1-2中，實曲線①是增加地板加強梁的測試數(shù)據(jù)，實曲線②是未加地板加強梁的測試數(shù)據(jù)，圖3中實曲線①③是增加地板加強梁的測試數(shù)據(jù)，虛曲線②④是未增加地板加強梁的測試數(shù)據(jù)，由測試數(shù)據(jù)可知：

（1）駕駛員耳旁噪聲（見圖1）：2、3檔加速工況下，在后地板處增加加強梁對噪聲有改善；怠速關空調(diào)時，在后地板處增加加強梁噪聲變化不明顯，怠速開空調(diào)時增加加強梁之后有較好改善。

（2）第二排座椅地板振動（見圖2和圖3）：在2-3檔WOT工況下，增加加強梁對振動水平都有很大改善；怠速開/關增加加強梁對振動水平改善明顯。

結果表明，對后地板增加地板加強梁的設計數(shù)據(jù)對整車NVH性能的優(yōu)化顯示了重要作用。

2.2發(fā)動機懸置安裝點位置更改前后對比（表1中第2項）

動力總成是汽車振動和噪聲最主要的激振源。為了減小動力裝置傳遞到車身的振動，發(fā)動機懸置起著非常重要的作用［2］。在工程中，懸置的傳遞率要么通過實驗得到，要么通過有限元計算方法得到。懸置傳遞率的計算公式如下：

式中，TdB為傳遞率；Aa為主動加速度；Ap為被動加速度。

因整車的慣性及結構影響，不同位置的懸置受到的被動加速度有一定差異。由上式可知，懸置安裝位置的不同，對整車的振動與噪聲的傳遞會產(chǎn)生不同程度的影響。

因此，對于發(fā)動機懸置位置點不同的兩臺樣車（原狀態(tài)與懸置前移5 cm的狀態(tài)對比），分別在噪聲方面進行了測試：（1）駕駛員右耳側全加速噪聲；（2）后排全加速噪聲；（3）發(fā)動機艙全加速噪聲。在振動方面分別測試了：（1）方向盤全加速振動情況；（2）司機座椅全加速振動情況；（3）中間地板全加速振動情況。測試結果如表2～5所示。

表2　怠速關空調(diào)噪聲對比

表3　怠速開空調(diào)噪聲對比

表4　怠速關空調(diào)振動對比

表5　勻速80km/h振動對比

從振動噪聲整體來說，車內(nèi)2 500 rpm以后，懸置靠后方案車內(nèi)振動噪聲大幅劣于懸置靠前方案。因此，應用懸置靠前方案對整個加速過程振動噪聲控制非常有利。

2.3懸置固定點數(shù)量更改對比（表1中第3項）

按照NVH模型設計理念，對優(yōu)化后的懸置進行CAE模擬分析。以發(fā)動機懸置裝配點為約束界面，在托架與發(fā)動機的連接處加載激勵，分析不同固定點支架動剛度的差異性。圖4為懸置約束加載條件示意圖，圖5為其模態(tài)分析。其中D09（2014.06.25）為原狀態(tài)6安裝點懸置方案，（2014.11.09）為10點安裝點新方案。模態(tài)分析結果對比如表6所示，動剛度分析結果對比如表7所示。

圖4　托架懸置CAE約束加載示意圖

圖5　發(fā)動機托架懸置分析模態(tài)

表6　模態(tài)分析結果對比

表7　動剛度分析結果對比

由分析結果可知：

（1）10點安裝點新方案（2014.11.06）與6點原狀態(tài)D09（2014.09.25）的彎梁上下擺動模態(tài)比原狀態(tài)方案降低了13.5 Hz，左懸置上下擺動和右懸置上下擺動分別提高了134 Hz和178.6 Hz.

（2）10點安裝點新方案（2014.11.06）相比6點原狀態(tài)D09（2014.09.25）方案，其左，右懸置Y，Z方向的動剛度都有較大幅度的提升；X方向動剛度均下降較大，但該方向動剛度仍然在1 000 N/mm以上。

因此，10點懸置點安裝方案在整體表現(xiàn)上大大優(yōu)于原狀態(tài)方案。

3　結束語

針對N1兩缸柴油車的生產(chǎn)研發(fā)，為了達到國家NVH法規(guī)標準，依據(jù)零件及材料物理模型建立一套NVH開發(fā)流程，并運用CAE分析相結合的方式，嵌入到數(shù)據(jù)建模優(yōu)化中，在設計階段最大可能完善整車NVH性能。最后根據(jù)整車實驗驗證設計的合理性和缺陷性，同時基于NVH開發(fā)模型逆向解決部分遺留問題。結果表明，所提出的商用兩缸柴油車NVH性能開發(fā)與應用很好地解決了此車型的內(nèi)外噪及振動等疑難問題，為整車的研發(fā)立項與投產(chǎn)奠定了基礎。

［1］劉顯臣.汽車NVH綜合技術［M］.北京：工業(yè)機械出版社，2014：298

［2］童東紅，郝志勇.基于6σ方法的懸置系統(tǒng)能量解耦與穩(wěn)健設計［J］.汽車工程，2015，（37）：194.

Research and Application of NVH Performance of a Commercial Two Cylinder Diesel Engine

PANG Jing-chao，WEI Si-yang，CHEN Jie
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Aiming to NVH requirement of two cylinder blocks diesel engine，via making development process and methods to achieve field at design stage.Then test it again and again on the protype car，analyze original problem through LMS software.Base on analysis data and test data to modify design data for optimizing vehicle performance.As a result，the development process and methods meet the demand of 2-cylinder diesel engine NVH development.

2-cylinder；diesel；NVH；process；vibration

U461.4

A

1672-545X（2016）08-0080-05

2016-05-18

龐敬超（1985-），男，黑龍江人，本科，工程師，研究方向：汽車總裝及整車相關性能。