車身NVH性能設(shè)計策略

謝貴山， 趙肖斌， 黃宗斌， 覃鵬飛*， 陳濤， 勞兵

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司， 柳州 545007； 2.湖南大學汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室， 長沙 410082)

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進步，顧客對車內(nèi)噪聲和振動的控制水平關(guān)注度越來越高，汽車噪聲、振動、平順性(noise vibration harshness，NVH)性能目標要求也越來越高。NVH是乘客對汽車在聽覺、觸覺、視覺等方面的主觀感受特性，是衡量汽車品質(zhì)的重要指標。NVH性能是最易被顧客感知的汽車性能，在顧客對汽車抱怨的問題當中，與汽車NVH相關(guān)的問題占比約1/3；在汽車售后問題中，與汽車NVH相關(guān)的問題占比約1/5。汽車NVH性能是汽車質(zhì)量和性能的一大衡量指標，也是影響汽車產(chǎn)品競爭力和品牌口碑的重要因素。汽車NVH問題主要有：①在30～400 Hz低頻范圍內(nèi)的路面不平度激勵、發(fā)動機振動傳遞至車身，造成方向盤抖動、座椅抖動，車身結(jié)構(gòu)是NVH的響應(yīng)器，帶動空氣振動后輻射噪聲至乘員耳朵等問題；②高頻(>400 Hz)噪聲由空氣經(jīng)車身縫隙或孔洞傳遞到汽車內(nèi)部。汽車NVH性能通過NVH實驗室或在道路上進行測試，振動信號是通過加速度傳感器進行測量，噪聲信號是通過麥克風進行測量。在汽車開發(fā)過程中，試驗與設(shè)計、仿真的相互緊密結(jié)合，有效提高了NVH開發(fā)效率。汽車NVH性能是涉及多系統(tǒng)的復雜綜合性學科，基于目前汽車動力配置多樣化引起的噪聲、振動問題復雜化、突出化，法規(guī)和顧客對NVH性能的要求越來越高[1-2]，汽車行業(yè)對汽車NVH性能控制愈發(fā)重視，中國汽車車企由于NVH技術(shù)起步晚、積累少，NVH已成為汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。汽車行業(yè)對動力總成、底盤系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)的NVH技術(shù)研究較多[3-5]，對車身NVH性能設(shè)計研究相對較少而且缺乏系統(tǒng)性設(shè)計。車身不僅是動力總成、底盤、動力電池的載體，而且也是噪聲與振動的傳遞路徑，車身NVH性能設(shè)計是汽車NVH性能設(shè)計中不可忽視的重要一環(huán)?；趯嚿鞱VH技術(shù)的研究結(jié)合汽車產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗，詳細闡述車身系統(tǒng)中的阻尼產(chǎn)品、補強產(chǎn)品、消音產(chǎn)品、車身結(jié)構(gòu)等方面的關(guān)鍵設(shè)計方法,總結(jié)出提升汽車NVH性能的車身系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。研究成果可為NVH問題解決和研究提供幫助，對有效提高汽車NVH性能、品質(zhì)和產(chǎn)品競爭力，對汽車行業(yè)的發(fā)展有重要的意義。

1 汽車NVH問題來源

汽車NVH問題是系統(tǒng)性的問題，根據(jù)車身外部噪聲、振動源傳播特性分類，一般分為空氣聲、結(jié)構(gòu)聲。外部噪聲振動源通過空氣、固體結(jié)構(gòu)傳遞到車身上，導致車身產(chǎn)生振動和噪聲，并直接影響到乘客的主觀感受。車身外部噪聲振動源還向車外輻射噪聲，引發(fā)噪聲污染。外部激勵分類為3種噪聲振動源：路噪系統(tǒng)的振動噪聲源、動力系統(tǒng)的噪聲振動源、風激勵引起的噪聲振動源。汽車NVH問題來源、傳遞路徑、響應(yīng)之間的關(guān)系如圖1所示。

1.1 動力總成激勵

汽車主要的激勵源來自動力總成，動力總成的振動噪聲源來自熱力過程的周期性和部分受力桿件的往復運動，可分為機械噪聲、燃燒噪聲、空氣動力噪聲。機械噪聲發(fā)生在運動部件上，在氣缸壓力和運動部件慣性力的作用下，運動部件產(chǎn)生沖擊和振動而引起噪聲；燃燒噪聲發(fā)生在氣缸中，燃燒氣體產(chǎn)生的壓力波沖擊氣缸壁，使得氣缸產(chǎn)生振動輻射出噪聲；空氣動力噪聲是發(fā)動機周期性進氣和排氣引起氣體流動而產(chǎn)生的噪聲，主要發(fā)生在進氣口和排氣口位置。動力總成的振動通過發(fā)動機懸置、排氣系統(tǒng)掛鉤、進氣系統(tǒng)支架傳遞到車身，引起車身振動，從而產(chǎn)生車內(nèi)噪聲。

1.2 路面激勵

汽車在路面上行駛時，輪胎與路面不斷地局部擠壓和釋放，造成垂向激振力；在汽車行駛過程中輪胎與路面在接觸面持續(xù)地滾擠、釋放，造成縱向激振力。一般情況下粗糙路面產(chǎn)生的激振力要比光滑平坦路面產(chǎn)生的激振力要大。汽車行駛過程產(chǎn)生的激振力傳遞到輪胎，再經(jīng)過輪胎內(nèi)空氣和輪輞的耦合系統(tǒng)傳遞到前后懸架系統(tǒng)，引起懸架控制臂、副車架、扭轉(zhuǎn)梁發(fā)生垂向和縱向的沖擊振動，通過車身上的底盤安裝點傳遞到車身上，最后導致車內(nèi)產(chǎn)生振動噪聲。

1.3 風激勵

汽車在高速行駛時，與空氣存在相對運動，高速氣流作用在車身上，產(chǎn)生風噪聲，我們稱這過程叫風激勵。風噪聲按風激勵對象和變現(xiàn)形式不同來劃分，可劃分為風振噪聲、脈動噪聲、空腔噪聲、氣吸噪聲。高速氣流作用在車身上后產(chǎn)生壓力脈動，造成渦流擾動的脈動噪聲；高速行駛時氣流通過由于車內(nèi)外壓差形成的車身縫隙進入車內(nèi)產(chǎn)生氣吸噪聲；汽車行駛時打開天窗或側(cè)窗玻璃時，在窗口位置氣流渦流運動頻率與車內(nèi)聲腔頻率共振產(chǎn)生風振噪聲；高速氣流進入車身外部件之間的間隙空腔振蕩進而產(chǎn)生空腔噪聲。一般車速達到70 km/h以上風噪會凸顯，當車速達到130 km/h以上時風噪是汽車噪音的主要部分。

圖1 汽車NVH問題來源、路徑、響應(yīng)關(guān)系圖Fig.1 Automotive NVH problem source, path, response diagram

2 汽車NVH開發(fā)流程

汽車NVH開發(fā)流程主要分為5個步驟：目標設(shè)定→目標分解→設(shè)計→性能驗證→量產(chǎn)，如圖2所示。具體步驟如下。

步驟1在目標設(shè)定階段的工作主要是項目團隊對目標市場的競品車型進行NVH性能參數(shù)測試，結(jié)合整車定位、客戶需求、成本要素、發(fā)動機激勵等方面制定整車NVH性能目標。

步驟2在目標分解階段，項目團隊對各個子系統(tǒng)進行目標設(shè)定，如對動力、懸架系統(tǒng)設(shè)定連接點的位移量，對車身系統(tǒng)設(shè)定模態(tài)、聲靈敏度等。通過各子系統(tǒng)的性能目標實現(xiàn)達到整車NVH性能目標要求。

步驟3對子系統(tǒng)進行3D數(shù)據(jù)建模、CAE(computer aided engineering，CAE)仿真分析、風險點預測與評估、運動模擬分析設(shè)計(digital mock up，DMU)檢查、優(yōu)化設(shè)計。

步驟4在性能驗證階段，主要對樣車在怠速、加速、滑行、勻速、高速等常規(guī)工況下的車內(nèi)振動、噪聲、聲品質(zhì)進行主觀評價和客觀測試。主觀評價是人體對車內(nèi)聲音和振動的主觀生理感受，客觀測試是通過數(shù)據(jù)采集器對樣車在各個常規(guī)工況下的車內(nèi)振動、噪聲和聲品質(zhì)進行客觀測試。

步驟5綜合整車NVH性能狀態(tài)和可靠穩(wěn)定性，確認是否達到整車量產(chǎn)目標要求。

對于不達標NVH性能項進行原因分析、制定改進措施、仿真分析、方案實物驗證，直至性能滿足量產(chǎn)目標要求。

3 車身NVH性能的提升

車身內(nèi)部是乘員艙區(qū)域，汽車的主要系統(tǒng)直接與車身結(jié)構(gòu)相連，如動力傳動系統(tǒng)通過懸置支架安裝到車身上，底盤懸架通過襯套隔振與車身相連，進排氣系統(tǒng)通過掛鉤和支架與車身連接，因此車身是汽車的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。車身作為外部激勵的傳播路徑和車內(nèi)結(jié)構(gòu)振動噪聲發(fā)生體，相比動力底盤NVH優(yōu)化可行性而言，在新車型開發(fā)過程中車身結(jié)構(gòu)具備更大的可操作空間，并且優(yōu)化車身對其他汽車性能的影響可以預見和控制，因此車身NVH性能在很大程度上決定了汽車的NVH品質(zhì)。

汽車的NVH問題分類和對應(yīng)措施如圖3所示，車身提高NVH的途徑有：①設(shè)計合理的車身模態(tài)，實現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)模態(tài)的固有頻率避開外界激勵頻率，避免發(fā)生車身與外界激勵共振問題；②提高車身密封性能；③通過阻尼材料、補強材料、吸聲材料、隔聲材料、低風噪結(jié)構(gòu)設(shè)計等方式減少振動和降低噪聲。

3.1 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

車身NVH指標主要有：①車身靜剛度，分別是彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；②全局/局部模態(tài)；③接附點剛度；④車身NVH傳遞特性，分別是內(nèi)飾車身(TB)的噪聲傳遞函數(shù)(noise transfer function，NTF)、振動傳遞函數(shù)(vibration transfer function，VTF)；⑤聲腔模態(tài)。車身結(jié)構(gòu)NVH性能指標參考如表1所示。車身結(jié)構(gòu)是10～80 Hz低頻范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)輻射噪聲源，車身的一階彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)應(yīng)避開發(fā)動機怠速工況的激勵頻率，避免車身共振。車身結(jié)構(gòu)NVH性能主要與車身框架結(jié)構(gòu)、接頭結(jié)構(gòu)、主截面腔體尺寸、接附點結(jié)構(gòu)有關(guān)，如圖4所示。在設(shè)計階段，通過設(shè)計完整的車身關(guān)鍵環(huán)路、關(guān)鍵斷面、關(guān)鍵接頭、接附點結(jié)構(gòu)來提高NVH性能。車身模態(tài)可以通過基于靈敏度增加車身的扭轉(zhuǎn)剛度、在扭轉(zhuǎn)薄弱處進行剛度加強和質(zhì)量重分布來提高模態(tài)，從而提高NVH性能[6-8]。聲腔模態(tài)主要考察200 Hz以內(nèi)的頻段，一階聲腔模態(tài)容易引起車內(nèi)轟鳴噪聲。聲腔模態(tài)與車內(nèi)空腔大小相關(guān)，無法改變，車身設(shè)計只能避開車身結(jié)構(gòu)模態(tài)。

圖2 汽車NVH開發(fā)流程Fig.2 Automotive NVH development process

圖3 汽車NVH問題分類和對應(yīng)措施Fig.3 Classification of automotive NVH problems and countermeasures

在汽車行車過程中，接附點(主要是動力總成懸置點、底盤懸架安裝點、排氣系統(tǒng)吊點)是向車身傳遞振動的主要來源；在車身被激勵時，車身上的點，如座椅導軌、方向盤、車身地毯等與肢體接觸部位的振動輸出響應(yīng)與輸入激勵的拉氏變換之比，一般用加速度輸出表示。在車身某處被激勵時，車身上的點，如駕駛員右耳處、后排成員耳旁等處的噪聲響應(yīng)，一般用聲壓級評價。車身對激振源的響應(yīng)越小，NVH性能越好。通常我們改善振動和噪聲的響應(yīng)是通過提高車身接附點的動剛度[9-10]，主要方法有：①連接點應(yīng)優(yōu)先布置在車身框架件，如橫梁、縱梁、加強板的位置；②避免車身接附點的懸臂結(jié)構(gòu)，如無法避免，應(yīng)盡量減小懸臂長度；③連接點盡量布置加強筋、加強板，避免設(shè)計在光板、薄板等容易被激勵的區(qū)域。

表1 車身結(jié)構(gòu)NVH性能指標Table 1 Body structure NVH performance index

圖4 車身結(jié)構(gòu)NVH性能的主要關(guān)鍵設(shè)計Fig.4 Main key design for NVH performance of body structure

3.2 車身阻尼設(shè)計

從振動與噪聲控制的角度來看，阻尼可以定義為消耗系統(tǒng)振動能量的能力，將系統(tǒng)的振動能量轉(zhuǎn)變成熱能或者其他形式的能量而耗散掉，從而抑制了系統(tǒng)的振動并降低輻射噪聲。阻尼材料的使用可以有效地降低板結(jié)構(gòu)的振動，通過在車身上施加阻尼可以抑制車身鈑金的振動，降低車內(nèi)噪聲，因此阻尼材料被廣泛應(yīng)用于車身上來提升NVH性能[11-12]。在設(shè)計階段，采用應(yīng)變能分析找到車身振動明顯區(qū)域，圖5為某車型的應(yīng)變能分析結(jié)果，紅色區(qū)域是振動明顯區(qū)域，需要針對性地進行阻尼布置設(shè)計來減小振動。

阻尼材料分為：熱熔瀝青阻尼板、磁性瀝青阻尼板和水性阻尼。瀝青類阻尼材料是常用的阻尼材料，屬于黏彈性阻尼材料。熱熔類片狀阻尼具有熔點低、加熱后有一定流動性的特點，一般熱熔類片狀阻尼材料平鋪在白車身地板上，通過涂裝線烘烤時材料會熔化，待冷卻后會牢固粘貼在地板上。磁吸類片狀阻尼是在黏彈性材料中添加磁粉，使該阻尼具有磁性，通過涂裝烘烤時材料會熔化，冷卻后阻尼材料與鋼板牢固粘合。熱熔瀝青阻尼板不能粘附在立面的板件上，主要是布置在水平的車身地板上。磁性瀝青阻尼板是在瀝青阻尼板中添加磁粉而得到，可以吸附于板件結(jié)構(gòu)上，固常用于垂直的、有斜度、有弧面的區(qū)域，如前隔板、輪轂包、門板、側(cè)圍、頂棚等。車身常見的阻尼布置位置如圖6，在使用阻尼材料之前，應(yīng)當注意幾個方面：在考慮工作環(huán)境溫度及作用頻率范圍的前提下，盡量選取損耗因子較高的阻尼材料；根據(jù)阻尼板材料性能的不同，在不同的位置選用合理的阻尼材料類型；常規(guī)使用的阻尼板厚度1.6～4 mm，可根據(jù)設(shè)定的目標和仿真分析來確定阻尼板的厚度；在布置阻尼材料之前，應(yīng)當進行模態(tài)應(yīng)變能或其他適當?shù)姆治龇椒▉泶_定阻尼板的厚度、大小、布置位置。

3.3 車身密封設(shè)計

汽車的氣密性性能是指由于車輛存在各種縫隙而引起泄漏的評價指標，它是通過整車氣體泄漏量進行量化的評價，泄漏量單位是標準立方英尺每分鐘(standard cubic foot per minute，SCFM)，它與車輛的隔離噪音和降低噪音密切相關(guān)。車身氣密性的指標一般有白車身及門系統(tǒng)的泄漏量指標組成，參考目標如表2所示。在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，可采用LeakageMaster泄露路徑仿真軟件對車身3D數(shù)模進行密封性確認，對各個泄漏點進行預測、消除、封堵，確保設(shè)計狀態(tài)達到子系統(tǒng)NVH目標要求。

圖6 車身常見的阻尼設(shè)計位置Fig.6 Common damping design positions in the body

圖5 某車型的應(yīng)變能分析結(jié)果Fig.5 Strain energy analysis results of a vehicle

車身密封設(shè)計的原則：①車身盡量少開孔；②通往車外的孔必須做密封處理，如地板、側(cè)圍、頂蓋、前圍板區(qū)域的孔需要密封；③間接連通車內(nèi)車外的孔洞需要密封；④通往車外的鈑金搭接邊要有密封膠密封。車身密封主要采用的車身密封膠、涂裝密封膠、膠塞堵蓋、聚氯乙烯(PVC)膠，以車身前圍為例，常用的密封設(shè)計如圖7所示。車身在實物驗證階段需要做車身氣密性試驗測試，通過氣密性測試設(shè)備檢測白車身氣體泄漏的泄漏源以及相應(yīng)的泄漏量，判斷車身實物的密封性是否符合子系統(tǒng)NVH目標要求，對于不符合要求的則要對泄漏源進行涂膠、堵蓋、結(jié)構(gòu)更改等方式封堵，保證車身密封性達到質(zhì)量目標要求，減小外界噪聲傳入乘員艙，提高NVH性能。

表2 車身氣密性要求Table 2 Body air tightness requirements

3.4 車身阻隔設(shè)計

車身的A、B、C、D立柱和橫梁、門檻等結(jié)構(gòu)都是空心結(jié)構(gòu)，發(fā)動機噪聲、輪胎噪聲、風噪會在腔體里面?zhèn)鬟f，由于安裝和排液等功能需要，這些橫梁和立柱面對車內(nèi)一側(cè)會開孔，在立柱和橫梁內(nèi)傳遞的聲音就會通過這些孔傳遞到車內(nèi)。當空氣進入車身側(cè)圍腔體內(nèi)部會產(chǎn)生高速的氣流場，產(chǎn)生了噪聲。針對上述問題，車身系統(tǒng)需要設(shè)計阻隔產(chǎn)品來防止噪聲進入車內(nèi)，防止空腔共鳴噪聲[13]。阻隔材料是一種發(fā)泡材料，常用的發(fā)泡材料是醋酸乙烯共聚物(EVA)，在腔體大的區(qū)域設(shè)計有隔斷骨架，常用的骨架材料是聚酰胺材料(PA66)。EVA的原始體積很小，在涂裝高溫烘烤的作用下膨脹，膨脹倍率在8～18倍，PA66耐高溫特性其體積幾乎沒有變化，膨脹后的EVA將牢牢地卡在通道中間，阻止氣流在梁和立柱的通道中流動，從而達到阻隔聲音的目的。一般側(cè)圍的內(nèi)腔腔體尺寸大，外腔是加強板緊貼外板而造成腔體尺寸小，如圖8所示，所以內(nèi)腔的隔斷塊材料為PA66+EVA，外腔隔斷塊材料為EVA。阻隔材料一般在進入涂裝前會裝配在立柱和梁的相應(yīng)位置在設(shè)計階段基于聲振全耦合技術(shù)方法，采用有限元和邊界元耦合的方法設(shè)計隔斷塊的位置、數(shù)量，常見的車身布置位置如圖9所示。車身阻隔材料主要分布在立柱、橫梁等空心結(jié)構(gòu)中，根據(jù)各個位置在涂裝烘烤時的溫度選擇低溫、常溫或高溫發(fā)泡類型，以確認在車身過涂裝烘烤工位的時間、溫度內(nèi)能正常發(fā)泡，與車身鈑金牢固粘接，實現(xiàn)了車身側(cè)圍空腔的封堵。

圖8 車身的阻隔設(shè)計Fig.8 Body barrier design

圖9 車身隔斷塊策略Fig.9 Body Partition Block Strategy

3.5 車身補強設(shè)計

由于車身外覆蓋件通常是0.6～0.8 mm厚度的薄板，薄板在外造型平的區(qū)域通常剛度較差，容易被激勵，需要針對性的補強設(shè)計來降低聲學貢獻量，達到抑制噪聲的目的。補強材料是通過提高車身板件的剛度從而提高其固有頻率，避開激勵頻率及聲腔模態(tài)頻率，起到模態(tài)避頻作用以降低車內(nèi)振動和噪聲。補強材料主要用于局部剛度較弱的區(qū)域，不僅可減振降噪，同時可提高板件的抗變形能力，提高安全性能。在設(shè)計階段，需要對主要外覆蓋件如發(fā)動機罩、翼子板、側(cè)圍外板、頂蓋、車門、行李箱蓋進行剛度分析，對剛度弱的區(qū)域進行布置補強膠片。補強膠片粘貼在車身鈑金表面，經(jīng)過涂裝高溫烘烤后，硬化發(fā)泡，提高車身局部的剛度。補強膠片主要用于外覆蓋件區(qū)域，如圖10所示，這些區(qū)域通常是相對平整的薄板結(jié)構(gòu)，板上面的凹槽、沖筋、支撐等加強結(jié)構(gòu)相對較少，板件的剛度較低。

圖10 車身補強設(shè)計Fig.10 Body reinforcement design

3.6 車身吸聲設(shè)計

行業(yè)內(nèi)將吸聲系數(shù)大于0.2的材料稱作吸聲材料，吸聲材料可以吸收車內(nèi)聲能量從而降低車內(nèi)的噪聲。汽車上常用的吸聲材料有兩種：泡沫吸聲材料和纖維吸聲材料。吸聲系數(shù)的影響因素有：①結(jié)構(gòu)參數(shù)，指的是吸聲材料的結(jié)構(gòu)因子、流阻、孔隙率；②物理參數(shù)，指的是吸聲材料的厚度、密度；③環(huán)境因數(shù)，指的是吸聲材料的溫度、濕度。當溫度降低，整個吸聲系數(shù)曲線向低頻方向漂移；溫度升高，則向高頻方向漂移。設(shè)計時需考慮吸聲材料的吸聲系數(shù)以針對不同噪聲源區(qū)域進行布置設(shè)計，常用吸聲材料是聚丙烯和聚乙烯對苯二甲酸酯復合材料(PP+PET)，其吸聲系數(shù)如圖11所示，其測試材料為2.0 mm厚度，采用阻抗管測試方法，大管(測200～1 600 Hz)取樣直徑100 mm，小管(1 600～6 300 Hz)取樣直徑29 mm進行測試，擬合大小管測試結(jié)果即是該樣件在200～6 300 Hz頻段的吸音系數(shù)。

在選用吸聲材料的設(shè)計原則：吸聲材料的最佳流阻為100～1 000 Pa·s/m范圍，可通過改變材料的體積密度實現(xiàn)流阻的調(diào)整；孔隙率高、孔隙細小的吸聲材料吸聲效果好；吸聲材料厚度一般小于 30 mm，增加材料厚度可提高材料吸聲系數(shù)；在低頻段提高材料密度可提高吸聲系數(shù)，但在高頻段的吸聲系數(shù)會降低，設(shè)計要綜合考慮合理的材料密度；需考慮溫度和濕度對材料吸聲系數(shù)的影響。吸聲材料主要布置在儀表板、前圍板、頂蓋、側(cè)圍、車門、后輪罩、A/B/C柱等區(qū)域，如圖12所示。

圖11 PP+PET吸聲系數(shù)測試結(jié)果Fig.11 Sound absorption coefficient test results of PP+PET

圖12 車身的吸聲設(shè)計Fig.12 Body sound absorption design

3.7 車身隔聲設(shè)計

車身隔聲是通過結(jié)構(gòu)隔聲、隔聲材料隔聲兩種方式。文獻[14]選取車門主要板件厚度作為變量進行優(yōu)化，提高車門隔聲量。隔聲材料阻隔車外噪聲向車內(nèi)的傳播，從而降低了車內(nèi)的噪聲。隔聲材料一般與吸聲材料組合一起使用，其隔聲性能與車身厚度、隔聲材料的吸聲能力、隔聲能力、隔聲材料與車身貼合程度相關(guān)。在設(shè)計階段選擇隔聲材料時，在可選擇的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量選取面密度大、厚度大、阻尼大的隔聲材料。隔聲產(chǎn)品由吸收層和隔聲層構(gòu)成，吸聲層一般采用聚氨基甲酸酯(PU)泡沫或棉氈材料，隔聲層一般是EVA材料。設(shè)計時需考慮隔聲材料的隔聲量以針對不同噪聲源區(qū)域進行布置設(shè)計，對EVA材料進行阻抗管測試，大管(測200～1 600 Hz)取樣直徑100 mm，小管(1 600～6 300 Hz)取樣直徑 29 mm 進行測試，擬合大小管測試結(jié)果即是該樣件在200～6 300 Hz頻段內(nèi)的隔聲量，測量結(jié)果如圖13所示。車身隔音材料主要布置在儀表板、前圍板、地板、側(cè)圍、車門、輪罩等區(qū)域，如圖14所示。

圖13 EVA的隔聲量測試結(jié)果Fig.13 Sound insulation test results of EVA

圖14 車身隔聲設(shè)計Fig.14 Body sound insulation design

3.8 車身低風噪設(shè)計

車身產(chǎn)生風噪的主要源頭如圖15所示，車身針對風噪主要從整車造型設(shè)計、動態(tài)密封設(shè)計、局部結(jié)構(gòu)設(shè)計三方面進行[15]。在造型開發(fā)階段需要基于造型模型CFD輸入條件進行CAE分析汽車空氣動力學性能，采用流體分析軟件對整車造型進行流體預測，再用聲學軟件計算聲場。造型油泥模型階段也可采用風洞試驗進行流體預測；在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段要進行風噪檢查，根據(jù)經(jīng)驗庫、對標數(shù)據(jù)、風噪原理重點檢查風噪敏感區(qū)域的零件，對零件的段差、間隙、弧度、角度、形狀等參數(shù)進行檢查、確認；在驗證階段進行實車洞試驗主觀評價和客觀測試、實車道路風噪主觀評價進行匹配和校對。設(shè)計車身造型應(yīng)符合流線型，改善氣體流動狀況，降低風阻系數(shù)，避免形成渦流。動態(tài)密封是密封條分別在兩個可以相互移動或滑動的零件上，主要是在車門、腰線、玻璃導槽、發(fā)動機罩、前擋風玻璃、天窗、行李箱蓋區(qū)域，如圖16所示，動態(tài)密封是通過切斷風噪傳遞到車內(nèi)的路徑來實現(xiàn)降低風噪。局部結(jié)構(gòu)設(shè)計是對主要風噪源頭區(qū)域進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括如下內(nèi)容。

(1)A柱區(qū)域。設(shè)計A柱與前擋風玻璃的落差做小，A柱傾斜角度做大，降低氣流在該區(qū)域的渦流強度。

(2)后視鏡。與汽車整體造型進行詳細匹配，優(yōu)化幾何形狀，減小凹槽和縫隙特征，降低壓力波動，達到氣流遠離車窗。

(3)前雨刮。優(yōu)先將雨刮器布置在前擋風玻璃流水槽下方，使其行車過程不受氣流影響避免噪聲；如不能隱藏式布置，可配合發(fā)動機罩邊緣做幾何形狀優(yōu)化，使氣流在雨刮器上方偏轉(zhuǎn)。

(4)車底及尾部。車底設(shè)計導流板及尾部設(shè)計擾流板、減小渦旋區(qū)域的大小的方式可降低渦旋脈動沖擊，降低車輛的阻力和風噪。

圖15 汽車風噪的主要源頭Fig.15 The main source of car wind noise

圖16 車身動態(tài)密封Fig.16 Body dynamic seal

(5)天窗。減少撞擊在天窗的流動動量。

(6)天線。優(yōu)先推薦內(nèi)置天線結(jié)構(gòu)，消除天線對風噪的貢獻；天線是外部布置的車型，推薦選用鯊魚鰭等低風阻造型形式。

4 結(jié)論

車身NVH性能要從車身結(jié)構(gòu)設(shè)計、阻尼設(shè)計、密封設(shè)計、阻隔、補強設(shè)計、吸聲設(shè)計、隔聲設(shè)計、低風噪設(shè)計全面考慮，結(jié)合有限元軟件虛擬分析通過提高車身剛度、結(jié)構(gòu)降噪、密封、吸聲、隔聲性能來提升車身NVH性能。研究結(jié)果對車身系統(tǒng)的NVH性能前期設(shè)計和后期改進具有指導作用和借鑒意義。