基于NVH性能的车身阻尼板降重优化

李壮壮 芦凡 李海滨 徐帆

摘 要：随着重型卡车的发展，驾驶室轻量化与舒适性越来越受到用户的关注，白车身是驾驶室重要的结构件，白车身阻尼板的数量和分布对驾驶室NHV性能的影响尤为明显。文章通过有限元分析软件进行模拟分析，在相同激励源作用下，通过统计分析白车身关键板件的等效辐射声功率（ERP），对白车身ERP耦合峰值较高的部位进行阻尼板的结构优化，使用小范围的阻尼板布置，改進某重型卡车白车身的NVH性能，从而提升驾驶室舒适性并进行轻量化设计。

关键词：ERP;NVH;轻量化;优化

中图分类号：U462  文献标识码：A  文章编号：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

随着重型卡车的发展，商用车驾驶室的舒适性越来越受到用户关注。根据资料显示，整车约1/3的故障与车辆的噪声、振动、声振粗糙感（noise，vibration，harshness，NVH）性能相关，用户反映的市场问题也有约25%与NVH有关，汽车的NVH问题受到汽车开发商的普遍关注。目前，国外汽车设计通过等效辐射声功率（equivalent radiant power，ERP）分析方法进行车身表面阻尼敷设位置及形状优化的技术已经较为成熟，国内行业专家对ERP的研究也在不断深入，并根据ERP的仿真方法和结果对车身结果进行优化。

本文通过国内某商用车驾驶室为例，对驾驶室白车身和现有沥青阻尼板方案进行ERP分析，根据两种状态下ERP的结果显示，分析对比沥青阻尼板对白车身NVH性能的影响，并对阻尼板进行优化设计，在保证性能不降低的前提下，对车身阻尼板进行降重优化。

1 ERP分析

1.1 ERP分析理论与目的

在实际工程应用中，结构件的噪声辐射对客户舒适性的影响很大。辨别结构板件的最大贡献量及频率的最大辐射位置是至关重要的，ERP分析是频响分析中一种较为简单及常用的分析方法，主要是评估辐射表面上的速度响应来进行计算，在特定的激励下可以计算钣金动力学最大可能辐射能量。ERP计算公式为：

式中：ERP为等效辐射声功率，W;δ为辐射损耗因子;C为声速，m/s;ρ为流体密度，kg/m³;A_i为单元面积，m²;v_i为单元法向速度，m/s。式（1）换算后得到：

式中：用于计算的缩放因子P=1.0;R为参考值（2×10^-3Pa）。

白车身的结构特性是决定整个驾驶室性能的关键，因此降低白车身的噪声和振动在产品开发过程中尤为重要，车身板结构带来的多半是低频和中频的噪声和振动问题，也带有少量高频噪声问题，这些问题主要是由于车身局部引起的，因此控制局部结构的刚度和阻尼对抑制NVH问题非常重要。

1.2 ERP分析工况

某商用车驾驶室白车身的有限元模型见图1，计算频率为20-300Hz，图中，对驾驶室前后悬置安装点设置X、Y、Z三个方向的单位激励值，ERP计算位置主要包括后围内板，顶盖外板，地板和侧围外板。

因没有真实的激励，所以在白车身关键装载点施加单位激励，对每个方向所有响应在板件不同频率阶段下的ERP结果进行耦合，从而分析对比出不同方案下主要钣金件的ERP结果是否改进。

2 ERP分析结果对比

2.1 白车身分析结果

对没有阻尼板方案的白车身进行ERP分析，通过结果分析，确认各个总成部件中振动最大的区域见图2，对照驾驶室模态见图3，找出各总成局部刚度较弱的区域。

通过对未安装阻尼板的白车身进行ERP分析，由结果可知，频响较大的区域有：地板中后部、顶盖左右側、后围右侧，侧围侧窗下部。

2.2 不同方案对比结果及方案确定

对现有沥青阻尼板进行ERP分析，根据以上分析驾驶室各板件的ERP结果和模态结果，重新设计新阻尼板的材料、厚度和分布，然后对新方案进行ERP分析，与无阻尼板方案，沥青阻尼板方案进行对比。

新方案中，在保证成本不增加的情况下，对阻尼版的材料进行更换，减少阻尼板的数量和重量，两种阻尼版参数数据如下：

在相同的激励下，三种方案在频率20-300Hz耦合的情况下，ERP计算结果如上图4。

上图为初始方案、原阻尼板和新阻尼板方案的ERP结果，有颜色显示的部分为超过10^-4dB的部位，红色部分为10^-3dB的部位，通过结果显示，在初始方案中，最大振动噪声分贝为7.85×10^-3，沥青方案最大噪声为2.5×10^-2，新阻尼方案最大噪声为2.16×10^-3，在新阻尼方案中超过10^-3dB的部位仅剩地板后部，超过10^-4dB的部位也减少50%。

在3种方案中，在每个白车身上选取其中相同的一点，计算出在频率20-300Hz过程中，单点的振动噪声如下图5：

由图5可知，在新阻尼板方案中，单点的振动噪声总体

上低于之前的两个方案，NVH性能更为优异，新阻尼板方案质量为8kg，较之前沥青的方案降重64%。

3 结语

文章通过Hypermesh软件，对无阻尼、原阻尼板方案和新方案进行ERP的前处理，使用OptiStruct求解器进行求解计算，在Hyperview中进行后处理，对比相同激励下ERP峰值与区域的结果，改进优化钣金件的振动和噪声，在提高车身的NVH性能的前提下，对车身进行了轻量化设计。本文是对某重型卡车白车身阻尼方案优化措施的经验总结，对其他车型和驾驶室降重均有一定的指导作用。

参考文献

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[2] 傅旻，李琦，霍俊焱，陈达亮.等效辐射声功率在汽车NVH开发中的应用[J].天津科技大学学报，2017（10）：60-63.

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