基于NVH性能的車身阻尼板降重優(yōu)化

李壯壯 蘆凡 李海濱 徐帆

摘 要：隨著重型卡車的發(fā)展，駕駛室輕量化與舒適性越來越受到用戶的關(guān)注，白車身是駕駛室重要的結(jié)構(gòu)件，白車身阻尼板的數(shù)量和分布對(duì)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(jìn)行模擬分析，在相同激勵(lì)源作用下，通過統(tǒng)計(jì)分析白車身關(guān)鍵板件的等效輻射聲功率（ERP），對(duì)白車身ERP耦合峰值較高的部位進(jìn)行阻尼板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使用小范圍的阻尼板布置，改進(jìn)某重型卡車白車身的NVH性能，從而提升駕駛室舒適性并進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：ERP;NVH;輕量化;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U462 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(fā)展，商用車駕駛室的舒適性越來越受到用戶關(guān)注。根據(jù)資料顯示，整車約1/3的故障與車輛的噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙感（noise，vibration，harshness，NVH）性能相關(guān)，用戶反映的市場(chǎng)問題也有約25%與NVH有關(guān)，汽車的NVH問題受到汽車開發(fā)商的普遍關(guān)注。目前，國外汽車設(shè)計(jì)通過等效輻射聲功率（equivalent radiant power，ERP）分析方法進(jìn)行車身表面阻尼敷設(shè)位置及形狀優(yōu)化的技術(shù)已經(jīng)較為成熟，國內(nèi)行業(yè)專家對(duì)ERP的研究也在不斷深入，并根據(jù)ERP的仿真方法和結(jié)果對(duì)車身結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

本文通過國內(nèi)某商用車駕駛室為例，對(duì)駕駛室白車身和現(xiàn)有瀝青阻尼板方案進(jìn)行ERP分析，根據(jù)兩種狀態(tài)下ERP的結(jié)果顯示，分析對(duì)比瀝青阻尼板對(duì)白車身NVH性能的影響，并對(duì)阻尼板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證性能不降低的前提下，對(duì)車身阻尼板進(jìn)行降重優(yōu)化。

1 ERP分析

1.1 ERP分析理論與目的

在實(shí)際工程應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)件的噪聲輻射對(duì)客戶舒適性的影響很大。辨別結(jié)構(gòu)板件的最大貢獻(xiàn)量及頻率的最大輻射位置是至關(guān)重要的，ERP分析是頻響分析中一種較為簡(jiǎn)單及常用的分析方法，主要是評(píng)估輻射表面上的速度響應(yīng)來進(jìn)行計(jì)算，在特定的激勵(lì)下可以計(jì)算鈑金動(dòng)力學(xué)最大可能輻射能量。ERP計(jì)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(jì)算的縮放因子P=1.0;R為參考值（2×10^-3Pa）。

白車身的結(jié)構(gòu)特性是決定整個(gè)駕駛室性能的關(guān)鍵，因此降低白車身的噪聲和振動(dòng)在產(chǎn)品開發(fā)過程中尤為重要，車身板結(jié)構(gòu)帶來的多半是低頻和中頻的噪聲和振動(dòng)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(jié)構(gòu)的剛度和阻尼對(duì)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(jì)算頻率為20-300Hz，圖中，對(duì)駕駛室前后懸置安裝點(diǎn)設(shè)置X、Y、Z三個(gè)方向的單位激勵(lì)值，ERP計(jì)算位置主要包括后圍內(nèi)板，頂蓋外板，地板和側(cè)圍外板。

因沒有真實(shí)的激勵(lì)，所以在白車身關(guān)鍵裝載點(diǎn)施加單位激勵(lì)，對(duì)每個(gè)方向所有響應(yīng)在板件不同頻率階段下的ERP結(jié)果進(jìn)行耦合，從而分析對(duì)比出不同方案下主要鈑金件的ERP結(jié)果是否改進(jìn)。

2 ERP分析結(jié)果對(duì)比

2.1 白車身分析結(jié)果

對(duì)沒有阻尼板方案的白車身進(jìn)行ERP分析，通過結(jié)果分析，確認(rèn)各個(gè)總成部件中振動(dòng)最大的區(qū)域見圖2，對(duì)照駕駛室模態(tài)見圖3，找出各總成局部剛度較弱的區(qū)域。

通過對(duì)未安裝阻尼板的白車身進(jìn)行ERP分析，由結(jié)果可知，頻響較大的區(qū)域有：地板中后部、頂蓋左右側(cè)、后圍右側(cè)，側(cè)圍側(cè)窗下部。

2.2 不同方案對(duì)比結(jié)果及方案確定

對(duì)現(xiàn)有瀝青阻尼板進(jìn)行ERP分析，根據(jù)以上分析駕駛室各板件的ERP結(jié)果和模態(tài)結(jié)果，重新設(shè)計(jì)新阻尼板的材料、厚度和分布，然后對(duì)新方案進(jìn)行ERP分析，與無阻尼板方案，瀝青阻尼板方案進(jìn)行對(duì)比。

新方案中，在保證成本不增加的情況下，對(duì)阻尼版的材料進(jìn)行更換，減少阻尼板的數(shù)量和重量，兩種阻尼版參數(shù)數(shù)據(jù)如下：

在相同的激勵(lì)下，三種方案在頻率20-300Hz耦合的情況下，ERP計(jì)算結(jié)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(jié)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(jié)果顯示，在初始方案中，最大振動(dòng)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(gè)白車身上選取其中相同的一點(diǎn)，計(jì)算出在頻率20-300Hz過程中，單點(diǎn)的振動(dòng)噪聲如下圖5：

由圖5可知，在新阻尼板方案中，單點(diǎn)的振動(dòng)噪聲總體

上低于之前的兩個(gè)方案，NVH性能更為優(yōu)異，新阻尼板方案質(zhì)量為8kg，較之前瀝青的方案降重64%。

3 結(jié)語

文章通過Hypermesh軟件，對(duì)無阻尼、原阻尼板方案和新方案進(jìn)行ERP的前處理，使用OptiStruct求解器進(jìn)行求解計(jì)算，在Hyperview中進(jìn)行后處理，對(duì)比相同激勵(lì)下ERP峰值與區(qū)域的結(jié)果，改進(jìn)優(yōu)化鈑金件的振動(dòng)和噪聲，在提高車身的NVH性能的前提下，對(duì)車身進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。本文是對(duì)某重型卡車白車身阻尼方案優(yōu)化措施的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)其他車型和駕駛室降重均有一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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