基于NV H的客車開發(fā)構(gòu)想

田靜

（東風汽車有限公司 東風商用車技術(shù)中心，武漢 430056）

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，路面條件的不斷改善，客車在整個交通工具的運量中所占比例越來越高。在競爭激烈的客車市場上，作為用戶直接感受的汽車舒適性、噪聲控制的主要評價參數(shù)NVH已成為評價汽車性能的重要指標，其重要性等同于安全性、燃油經(jīng)濟性和排放等性能。在客車行業(yè)內(nèi)，同檔次車型在常規(guī)性能方面的綜合“性價比”越來越接近，提高客車NVH控制水平就成為新的核心技術(shù)競爭力?？蛙嚨腘VH性能也就成為了決定車型開發(fā)成功與否的重要影響因素之一。

1 客車開發(fā)流程的現(xiàn)狀和NVH問題

現(xiàn)有的客車產(chǎn)品開發(fā)流程，在產(chǎn)品調(diào)研初期，根據(jù)用戶需求特性分析設定各項量化性能指標：動力性、經(jīng)濟性、安全性、制動性、通過性等參數(shù)。在產(chǎn)品詳細設計階段，圍繞設定的各項性能指標，開展整車及各系統(tǒng)分析計算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在產(chǎn)品開發(fā)后期，通過實車試制、性能試驗和用戶使用試驗來驗證各項指標的達成情況。

從圖1中可以看出，NVH的開發(fā)與控制未納入到新車型設計流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，流程中缺乏明確NVH控制指標及設計分析控制，直至實車測試、或推向市場后才發(fā)現(xiàn)，NVH品質(zhì)成為影響到整車綜合性能的主要因素。

分析整理現(xiàn)有的客車整車試驗報告發(fā)現(xiàn)，很多實車都不同程度的存在NVH性能不足的問題，但在實車完成后又無法采用更有效的手段來解決。下面通過分析某款客車存在的NVH問題為例，詳細說明現(xiàn)有開發(fā)流程中對整車NVH性能控制的不足的問題。

2 客車NVH問題實例分析

2.1 客車實例車型簡介

某車型定位為高檔客車。按照常規(guī)客車開發(fā)流程，經(jīng)過預研階段廣泛調(diào)研、項目可行性分析，確定產(chǎn)品各主要性能指標，見表1。

表1 主要性能指標

表2 實車NVH問題分析

表3 動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后車內(nèi)主要測點加速度對比

表4 懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后發(fā)動機總成隔振率數(shù)據(jù)

2.2 實車NVH問題描述及分析

開發(fā)過程中，為確保車內(nèi)外噪聲指標的達成，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用。如設計新型發(fā)動機艙結(jié)構(gòu)隔熱降噪；電控硅油風扇降低風扇噪音；車身輪鼓包耐石擊及阻尼涂料；隔音降噪新材料在車身結(jié)構(gòu)中的應用等。但實車裝配完成后，經(jīng)主觀評價測試后仍存在若干噪聲及振動問題（見表2）。

逐一分析、查找原因，存在的NVH問題主要涉及發(fā)動機、底盤和車身等系統(tǒng)，而各系統(tǒng)NVH問題之間又是密切相關(guān)、互相影響的。如有些NVH問題不能通過本系統(tǒng)的局部措施來有效解決，對實車問題4分析：排除發(fā)動機本身性能不成熟的因素，就必須綜合底盤、車身系統(tǒng)共同解決。

又如有些底盤NVH的改善措施，也同樣會降低發(fā)動機NVH問題，對問題1通過在實車上實現(xiàn)動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化后，不僅明顯消除了“怠速工況下方向盤發(fā)抖、地板振動”、“加速時地板振動增大”等問題，同時“發(fā)動機啟動、停機時，抖動劇烈”也明顯改善。測試得到“動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后車內(nèi)主要測點振動數(shù)據(jù)”（見表3）和“懸置系統(tǒng)隔振數(shù)據(jù)”（見表 4）。

對比ISO 2631中的“振動量級與主觀評級之間的關(guān)系”，表3中優(yōu)化后車內(nèi)主要座椅振動舒適性都滿足人體舒適度的要求，NVH改善明顯，優(yōu)化比率較高。與此同時表4的測試結(jié)果也表明，優(yōu)化后發(fā)動機總成懸置平均隔振率標準差減小，前后懸置隔振率均衡，發(fā)動機怠速時隔振有效提高，發(fā)動機啟停機抖動得到了有效衰減。

分析實車存在的其它NVH問題：

主觀評價底盤NVH問題：靜止加速、行駛加速時發(fā)動機振動大，1 400 rpm時車身共鳴聲。

實車客觀測試NVH問題：直線行駛工況下某座位座墊處振動測試，在五擋60 km/h時存在數(shù)據(jù)異常。見表5數(shù)據(jù)。

表5 某座位座墊處振動測試數(shù)據(jù)

分析共振和振動異常點主要有以下可能：

1）車身(或車架)的固有模態(tài)也存在與五擋時傳動軸轉(zhuǎn)速的激勵頻率對應的模態(tài)；

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

3）數(shù)據(jù)測量處理異常等。

除第3個因素外，第2個因素所需振動源數(shù)據(jù)，必須通過動力總成臺架試驗獲得；第1個因素的分析，需要提供開發(fā)設計階段車架、車身或傳動軸的模態(tài)數(shù)據(jù)，但由于在產(chǎn)品開發(fā)階段未設定NVH指標，現(xiàn)在從實車上獲得數(shù)據(jù)幾乎無法實現(xiàn)。現(xiàn)在要進一步開展NVH問題解決就異常困難，如果不能徹底查清振動源，還可能會帶來此消彼長的NVH問題。由此可以看出按照傳統(tǒng)客車流程開發(fā)，常會出現(xiàn)上述無法控制的NVH問題。

3 客車NVH開發(fā)構(gòu)想

3.1 基于NVH的客車開發(fā)流程構(gòu)想

上述實例告訴我們，解決客車NVH問題的實質(zhì)是在開發(fā)中要設計和解決控制達到的性能的問題，而不是實車出現(xiàn)問題再解決或產(chǎn)品進入市場后“亡羊補牢”的工作。而按照常規(guī)的沒有NVH控制目標的客車開發(fā)流程，其NVH性能很難達到滿足客戶需求的。解決客車存在的噪聲、振動和共鳴等問題是一項涉及到整車的系統(tǒng)性工程，必需在設計開發(fā)的各個階段引入NVH的重要指標來衡量，才能有效控制車輛的NVH設計水平，見圖2。

在產(chǎn)品定義（概念設計）階段，就要充分考慮整車NVH性能需求，設定NVH性能目標；在設計和開發(fā)階段，分解整車、系統(tǒng)和部件的NVH性能，同時結(jié)合CAE分析進行各零件、部件和整車的NVH性能的分析；在產(chǎn)品驗證階段，配合進行NVH性能測試；在生產(chǎn)、市場銷售環(huán)節(jié)，解決并處理生產(chǎn)和用戶的NVH問題。

3.2 NVH開發(fā)的第一階段—目標設定與分解

在客車概念設計階段，主要目標是制定總體技術(shù)指標。這一階段應將NVH性能作為一個重要性能指標提出，并分解到各子系統(tǒng)直至到部件級和供應商。這一工作是決定客車NVH性能的關(guān)鍵一步。

影響整車級NVH性能目標制定的具體因素有：

1）滿足顧客需求的振動噪聲舒適性水平，了解用戶常用工況和路況下的振動噪聲目標，同時滿足用戶對聲品質(zhì)的需要；

2）滿足政府對振動噪聲法規(guī)標準；

3）新開發(fā)車型，必須認真研究目標樣車的產(chǎn)品；

4）了解外購系統(tǒng)和零部件的NVH水平。

整車NVH目標的制定需綜合考慮以上四個因素，同時對設定目標樣車，應用Benchmarking技術(shù)，采用主觀評價、客觀測試評估的方法，了解和掌握目標樣車的NVH性能，建立開發(fā)車型的NVH性能標桿，還要研究市場用戶的需求，建立各種工況狀態(tài)下的整車級目標，如：整車模態(tài)分布表，怠速、勻速、全加速等工況噪聲與振動目標等等。

汽車上各個系統(tǒng)是相互連接在一起，相連接的系統(tǒng)模態(tài)一定要分開，否則會發(fā)生共振。在開發(fā)設計過程中，各個系統(tǒng)的開發(fā)設計既相互關(guān)聯(lián)又相互獨立。因此，在產(chǎn)品開發(fā)初期就需要規(guī)定各個系統(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，制定模態(tài)分離策略—模態(tài)分布表。

整車級NVH目標制定后，將其分解到子系統(tǒng)和部件，這是一個理論與實際經(jīng)驗相結(jié)合的過程。開發(fā)一款新客車，需要設定幾百個NVH目標，需要堅持以下幾個原則：

1）目標分解是自下而上和自上而下的雙向過程；

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

3）NVH目標必須與其他性能指標平衡。

各子系統(tǒng)NVH目標主要有如下內(nèi)容：動力總成、傳動系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)、進排氣系統(tǒng)等等NVH目標、及相關(guān)聲品質(zhì)目標。

3.3 NVH 開發(fā)的第二階段—目標實現(xiàn)

這一階段也是車型詳細設計開發(fā)過程，通過系統(tǒng)零部件的多方案設計建模、仿真分析，達成及驗證其設計目標性能。

首先根據(jù)各級NVH目標，確定各目標實現(xiàn)的技術(shù)方案。研究車輛NVH性能首先必須研究NVH設計的技術(shù)和方法。對NVH性能的研究主要有以多體系統(tǒng)動力學(MB)、有限元方法(FEM)、邊界元方法(BEM)、統(tǒng)計能量分析(SEA)法等分析方法為主要內(nèi)容的CAE技術(shù)等。

因整車和系統(tǒng)及部件之間具有復雜的動態(tài)關(guān)系，可以用數(shù)學模型來描述，建立整車級各主要系統(tǒng)及部件的CAE模型，進行仿真分析。

其次，通過元件的結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)子系統(tǒng)的性能目標。需完成確定每個元件的詳細特征；進行各子系統(tǒng)研究的可靠性設計和多元化優(yōu)化設計。

為保證車輛NVH目標的實現(xiàn)，要求各子系統(tǒng)目標的確定也要符合試驗設計和可靠性設計的要求。最后，根據(jù)仿真分析及研究結(jié)果，對系統(tǒng)、子系統(tǒng)及零部件進行優(yōu)化。在優(yōu)化設計后，將最優(yōu)結(jié)構(gòu)安裝在虛擬的模型樣車上，并檢查安裝空間、成本和質(zhì)量等因素，進行設計的改善和優(yōu)化。

3.4 NVH開發(fā)的第三階段—目標驗證

客車產(chǎn)品開發(fā)后期，NVH設計與分析完成。當從數(shù)字化樣車完成后，各項性能達成要求后，進行模型試制。試制前，需先完成各系統(tǒng)測試，判斷是否滿足系統(tǒng)NVH目標設計要求，確保數(shù)字模型與實車的一致性。

實車完成后，需要對比目標樣車，進行NVH性能調(diào)試，判斷是否達到最初的設定目標。

與樣車的性能試驗同步進行NVH性能測試。通過開展的主觀評價、客觀測試等方法，采集實車NVH性能數(shù)據(jù)，為進一步準確分析與修改NVH設計、優(yōu)化NVH性能提供依據(jù)。重點關(guān)注部品質(zhì)量對車輛NVH性能的影響。

4 結(jié)束語

NVH開發(fā)是一項必須與客車開發(fā)流程緊密相連的復雜的系統(tǒng)性工程，它要求在客車產(chǎn)品設計的各個階段運用NVH設計和控制方法進行大量的工作。

隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，NVH的試驗設備、仿真分析軟件都日益完善，客車開發(fā)采用NVH的開發(fā)流程是很容易實現(xiàn)的。在客車開發(fā)中將NVH融入客車產(chǎn)品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，用有效的設計手段，提高核心技術(shù)的設計水平，提升客車商品的核心競爭力，我們的自主研發(fā)水平一定會有更大的進步和提高。

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