基于NVH性能的車身阻尼板降重優化

李壯壯 蘆凡 李海濱 徐帆

摘 要：隨著重型卡車的發展，駕駛室輕量化與舒適性越來越受到用戶的關注，白車身是駕駛室重要的結構件，白車身阻尼板的數量和分布對駕駛室NHV性能的影響尤為明顯。文章通過有限元分析軟件進行模擬分析，在相同激勵源作用下，通過統計分析白車身關鍵板件的等效輻射聲功率（ERP），對白車身ERP耦合峰值較高的部位進行阻尼板的結構優化，使用小范圍的阻尼板布置，改進某重型卡車白車身的NVH性能，從而提升駕駛室舒適性并進行輕量化設計。

關鍵詞：ERP;NVH;輕量化;優化

中圖分類號：U462 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-126-03

Weight Reduction Optimization of Body Damping Plate Based on NVH Performance

Li Zhuangzhuang， Lu Fan， Li Haibin， Xu Fan

（Shaanxi Heavy Vehicle Co.， Ltd. Automotive Engineering Research Institute， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract：?With the development of heavy trucks， the light weight and comfort?of the cab have attracted more and more attention from users. BIW is an important structural component of the cab， and the number and distribution of damping plates in BIW have a particularly significant impact on the NVH performance of the cab. In this paper， the finite element analysis software is used for simulation analysis. Under the same excitation， the equivalent emission power of key plate parts of BIW is statistically analyzed， the structural optimization of damping plates is carried out at the parts of BIW with high ERP coupling peak value， and a small range of damping plate layout is used to improve NVH performance of heavy truck BIW， thus enhancing the light weight and comfort of the cab.

Keywords：?Equivalent radiant power;?Noise vibration harshness;?Light weight; Comfort

CLC NO.： U462 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-126-03

引言

隨著重型卡車的發展，商用車駕駛室的舒適性越來越受到用戶關注。根據資料顯示，整車約1/3的故障與車輛的噪聲、振動、聲振粗糙感（noise，vibration，harshness，NVH）性能相關，用戶反映的市場問題也有約25%與NVH有關，汽車的NVH問題受到汽車開發商的普遍關注。目前，國外汽車設計通過等效輻射聲功率（equivalent radiant power，ERP）分析方法進行車身表面阻尼敷設位置及形狀優化的技術已經較為成熟，國內行業專家對ERP的研究也在不斷深入，并根據ERP的仿真方法和結果對車身結果進行優化。

本文通過國內某商用車駕駛室為例，對駕駛室白車身和現有瀝青阻尼板方案進行ERP分析，根據兩種狀態下ERP的結果顯示，分析對比瀝青阻尼板對白車身NVH性能的影響，并對阻尼板進行優化設計，在保證性能不降低的前提下，對車身阻尼板進行降重優化。

1 ERP分析

1.1 ERP分析理論與目的

在實際工程應用中，結構件的噪聲輻射對客戶舒適性的影響很大。辨別結構板件的最大貢獻量及頻率的最大輻射位置是至關重要的，ERP分析是頻響分析中一種較為簡單及常用的分析方法，主要是評估輻射表面上的速度響應來進行計算，在特定的激勵下可以計算鈑金動力學最大可能輻射能量。ERP計算公式為：

式中：ERP為等效輻射聲功率，W;δ為輻射損耗因子;C為聲速，m/s;ρ為流體密度，kg/m³;A_i為單元面積，m²;v_i為單元法向速度，m/s。式（1）換算后得到：

式中：用于計算的縮放因子P=1.0;R為參考值（2×10^-3Pa）。

白車身的結構特性是決定整個駕駛室性能的關鍵，因此降低白車身的噪聲和振動在產品開發過程中尤為重要，車身板結構帶來的多半是低頻和中頻的噪聲和振動問題，也帶有少量高頻噪聲問題，這些問題主要是由于車身局部引起的，因此控制局部結構的剛度和阻尼對抑制NVH問題非常重要。

1.2 ERP分析工況

某商用車駕駛室白車身的有限元模型見圖1，計算頻率為20-300Hz，圖中，對駕駛室前后懸置安裝點設置X、Y、Z三個方向的單位激勵值，ERP計算位置主要包括后圍內板，頂蓋外板，地板和側圍外板。

因沒有真實的激勵，所以在白車身關鍵裝載點施加單位激勵，對每個方向所有響應在板件不同頻率階段下的ERP結果進行耦合，從而分析對比出不同方案下主要鈑金件的ERP結果是否改進。

2 ERP分析結果對比

2.1 白車身分析結果

對沒有阻尼板方案的白車身進行ERP分析，通過結果分析，確認各個總成部件中振動最大的區域見圖2，對照駕駛室模態見圖3，找出各總成局部剛度較弱的區域。

通過對未安裝阻尼板的白車身進行ERP分析，由結果可知，頻響較大的區域有：地板中后部、頂蓋左右側、后圍右側，側圍側窗下部。

2.2 不同方案對比結果及方案確定

對現有瀝青阻尼板進行ERP分析，根據以上分析駕駛室各板件的ERP結果和模態結果，重新設計新阻尼板的材料、厚度和分布，然后對新方案進行ERP分析，與無阻尼板方案，瀝青阻尼板方案進行對比。

新方案中，在保證成本不增加的情況下，對阻尼版的材料進行更換，減少阻尼板的數量和重量，兩種阻尼版參數數據如下：

在相同的激勵下，三種方案在頻率20-300Hz耦合的情況下，ERP計算結果如上圖4。

上圖為初始方案、原阻尼板和新阻尼板方案的ERP結果，有顏色顯示的部分為超過10^-4dB的部位，紅色部分為10^-3dB的部位，通過結果顯示，在初始方案中，最大振動噪聲分貝為7.85×10^-3，瀝青方案最大噪聲為2.5×10^-2，新阻尼方案最大噪聲為2.16×10^-3，在新阻尼方案中超過10^-3dB的部位僅剩地板后部，超過10^-4dB的部位也減少50%。

在3種方案中，在每個白車身上選取其中相同的一點，計算出在頻率20-300Hz過程中，單點的振動噪聲如下圖5：

由圖5可知，在新阻尼板方案中，單點的振動噪聲總體

上低于之前的兩個方案，NVH性能更為優異，新阻尼板方案質量為8kg，較之前瀝青的方案降重64%。

3 結語

文章通過Hypermesh軟件，對無阻尼、原阻尼板方案和新方案進行ERP的前處理，使用OptiStruct求解器進行求解計算，在Hyperview中進行后處理，對比相同激勵下ERP峰值與區域的結果，改進優化鈑金件的振動和噪聲，在提高車身的NVH性能的前提下，對車身進行了輕量化設計。本文是對某重型卡車白車身阻尼方案優化措施的經驗總結，對其他車型和駕駛室降重均有一定的指導作用。

參考文獻

[1] 龐劍.汽車車身噪聲與振動控制.

[2] 傅旻，李琦，霍俊焱，陳達亮.等效輻射聲功率在汽車NVH開發中的應用[J].天津科技大學學報，2017（10）：60-63.

[3] 穆國寶，張豐利，陳劍，等.基于有限元法的白車身模態和剛度研究[J].機械設計與制造，2010（4）：31-33.