車身結(jié)構(gòu)分析—車身振動(dòng)及噪聲講解

1、車身結(jié)構(gòu)分析車身振動(dòng)及噪聲講解 車身噪聲分為空氣動(dòng)力噪聲、機(jī)械性噪聲、空腔共鳴噪聲。 （1）空氣噪聲有外部、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、行駛系等引發(fā)的。 （2）機(jī)械噪聲是車身受激勵(lì)而振動(dòng)力學(xué)行為而引發(fā)。 （3）空腔共鳴是由于車內(nèi)聲波在車內(nèi)相互干涉或形成共振而加強(qiáng)，該激勵(lì)也會(huì)加劇車身的振動(dòng)。 （4）對(duì)于轎車一階共鳴在70-90Hz，二階為130-160Hz，后座一般比前座噪聲大。車身噪聲31：噪聲：車速 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系動(dòng)力系統(tǒng) NVH路噪Road Noise風(fēng)噪Wind Noise車速VdB5進(jìn)氣系統(tǒng)NVH空濾器諧振腔四分之一波長(zhǎng)管進(jìn)氣口噪聲殼體的輻射噪聲6動(dòng)力總成動(dòng)力總成的彎曲模態(tài)動(dòng)力總成的輻射噪聲懸置位

2、置的振動(dòng)附件的振動(dòng)及輻射噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲線性度曲線8引起的問(wèn)題曲軸共振曲軸的應(yīng)力集中和斷裂曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼器橡膠阻尼器液壓阻尼器9變速器嘯叫齒輪嚙合噪聲k(t)e(t)XaXb傳遞圖齒輪制造精度不夠齒輪匹配對(duì)中不好齒輪材料不好嘯叫的原因：齒輪嚙合不好10傳遞軸系第一階傳遞軸激勵(lì)傳遞齒輪嘯叫2階激勵(lì)車身噪聲（NVH測(cè)試）2、空氣動(dòng)力噪聲CFD分析和車內(nèi)聲場(chǎng)模擬防火墻在125Hz漏生嚴(yán)重防火墻漏聲嚴(yán)重2、空氣動(dòng)力噪聲CFD分析和車內(nèi)聲場(chǎng)模擬2、空氣動(dòng)力噪聲模擬建立和網(wǎng)格劃分2、空氣動(dòng)力噪聲模擬有限元分析（84Hz）2、空氣動(dòng)力噪聲模擬有限元分析（100Hz）2、空氣動(dòng)力噪聲模擬有限元分析（135Hz

3、）2、空氣動(dòng)力噪聲模擬有限元分析（137Hz） 3：振動(dòng)噪聲車身板局部振動(dòng)特性振動(dòng)頻率決定NVH的因素 20顧客的要求政府法規(guī)公司的需要和技術(shù)能力競(jìng)爭(zhēng)車 （1）聲音三要素是指聲音強(qiáng)弱、音調(diào)高低和音質(zhì) （2）噪聲三要素度量系統(tǒng)： 1）從客觀物理量出發(fā)用聲壓和聲壓級(jí)、聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)、聲功率和聲功率級(jí)、噪聲頻譜特性等來(lái)分析描述 2）從人聽(tīng)覺(jué)出發(fā)用響度和響度級(jí)、各種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)聲級(jí)和感覺(jué)聲級(jí)等 3）A計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)40方純音的響度，其低頻、中段頻（1000Hz以下）有較大的衰減；B計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)70方純音的響度，它對(duì)信號(hào)的低頻段有一定衰減；C計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)100方純音的響度，在整個(gè)頻率范圍

4、內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。三者的主要差別是對(duì)噪聲低頻成分的衰減程度，A衰減最多，B次之，C最少。聲音三要素聲壓級(jí)聲功率級(jí) 基準(zhǔn)聲壓 基準(zhǔn)聲功率 參考聲強(qiáng)聲強(qiáng)級(jí)分貝計(jì)算分貝合成兩個(gè)獨(dú)立聲源發(fā)出的聲功率可以代數(shù)累加：總聲功率級(jí)：總聲強(qiáng)級(jí)分貝計(jì)算聲壓合成總聲壓：若噪聲源聲級(jí)相同在等聲源距離處產(chǎn)生的總噪音級(jí)為分貝計(jì)算兩個(gè)不同 噪聲級(jí)同時(shí)作用總噪聲級(jí)為和分貝計(jì)算 （1）根據(jù)分貝的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，兩個(gè)噪聲級(jí)相差一個(gè)dB，聲壓相差呈10為底的指數(shù)變化，差異很大，所以聲壓級(jí)較小的噪音對(duì)噪聲級(jí)合成貢獻(xiàn)小，在一個(gè)噪聲級(jí)超出另一個(gè)噪聲級(jí)6個(gè)分貝以上時(shí)，較小的噪聲源可以忽視。 （2）在車身設(shè)計(jì)中，我們強(qiáng)調(diào)的是對(duì)最強(qiáng)聲源的分析

5、分貝合成 等強(qiáng)度曲線 （1）人耳能接受頻率在20-20kHz，低于20Hz為次聲波，高于20kHz為超聲波 （2）人耳感覺(jué)和聲壓及頻率相關(guān)，分析頻率引出等響度級(jí)概念，以1000Hz作為基準(zhǔn)音響度級(jí)Phon（方）來(lái)度量 （3）響度的概念，Sone（宋）響度和等響曲線響度和響度級(jí)關(guān)系：為響度級(jí)為響度響度和等響曲線HEAD聲學(xué)測(cè)量?jī)x 響度級(jí)與等響曲線圖：等響曲線聽(tīng)覺(jué)清晰因子頻率(hz)63125250500100040008000聲壓(dB)10397.59286.5817070行駛條件加速勻速70km/h混泥土勻速35km/h碎石路聲級(jí)dB70-8466-7466-77美國(guó)SAE標(biāo)準(zhǔn)1 概念 （1

6、）主動(dòng)控制在聲源外施加力場(chǎng)來(lái)抵消噪聲或依靠力源衰減、抑制振動(dòng)來(lái)降低噪聲源噪聲輻射 （2）被動(dòng)控制無(wú)外加力場(chǎng)和能量輸入的控制方法，如消聲、隔聲等控制方法。 （3）對(duì)一般汽車而言空氣動(dòng)力學(xué)噪聲較小，所以車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)引發(fā)噪聲是首要關(guān)注的方向。噪聲控制車身振動(dòng)噪聲控制1：車身結(jié)構(gòu)性控制： （1）發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤車身等固有頻率錯(cuò)開(kāi)；發(fā)動(dòng)機(jī)隔振，減小聲源輸入。 （2）車頂?shù)匕宓葮?gòu)件固有頻率和車身錯(cuò)開(kāi)；地板等采取安裝隔振材料。 （3）提高車身支撐點(diǎn)的受力剛性，減小振動(dòng)，在車身薄板設(shè)置加強(qiáng)筋、涂裝吸能材料減低輻射、阻尼材料衰減振動(dòng)。 （4）車身外形設(shè)計(jì)流暢、減小氣動(dòng)摩擦。 （5）干擾噪聲傳播路徑，使噪聲輻射最小化

7、。車身噪聲控制 2 ：吸聲等吸能材料控制，隔聲、減振、緩壓等材料控制： （1）吸聲材料，將聲轉(zhuǎn)化為熱能；吸聲結(jié)構(gòu)將聲能集中在特定小空間內(nèi)共振消耗而達(dá)到整體效果做好。 （2）隔聲材料，透氣性差的材料如鋼板等。 （3）減振材料，高振動(dòng)衰減率的材料，高阻尼材料。 （4）緩沖材料，軟材料系，用以緩沖振動(dòng)。36振動(dòng)通道的控制（1）車身結(jié)構(gòu)的控制：提高結(jié)構(gòu)和支架的剛度, 阻止振動(dòng)的傳遞（2）隔振器（3）吸振器（4）阻尼材料振動(dòng)通道控制的方法有: 1）乘座質(zhì)量(Ride quality)是車內(nèi)振動(dòng)最主要的衡量指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)通過(guò)隔振器傳遞到車體再傳到椅子上，地面的振動(dòng)通過(guò)懸掛系統(tǒng)傳到車體然后傳到椅子上。人

8、直接從椅子的振動(dòng)感覺(jué)到舒適與否；另外，手扶著方向盤會(huì)感受到振動(dòng)，腳踩著地板也會(huì)接受振動(dòng)；人體對(duì)振動(dòng)的感覺(jué)來(lái)自這三個(gè)位置。地板(或者是椅子的支架)的振動(dòng)反應(yīng)了車體本身的特性，同時(shí)又是對(duì)椅子的振動(dòng)輸入。椅子的振動(dòng)與地板的輸入和椅子的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。 2）人體各個(gè)部位對(duì)振動(dòng)敏感的頻率是不一樣的。手的敏感頻率是8到16赫茲。坐著的時(shí)候?qū)φ駝?dòng)的敏感頻率：在垂直方向?yàn)?到8赫茲，而在橫向?yàn)?到2赫茲。車身振動(dòng)車身的剛度在整車剛度中占有很大成份整車剛度和部件剛度的貢獻(xiàn)的測(cè)量：1）整車彎曲剛度2）整車扭轉(zhuǎn)剛度3）每個(gè)部件的貢獻(xiàn)車身剛度車身剛度車身剛度測(cè)量裝置 a)測(cè)量彎曲剛度（左、右同向加載Fb） b)測(cè)量扭轉(zhuǎn)

9、剛度（左、右反向加載Fd）當(dāng)薄板以某一頻率振動(dòng)時(shí)，振形函數(shù)為 車身板局部振動(dòng)特性振動(dòng)頻率當(dāng)kn1時(shí)，得到薄板的最低自然頻率 板件分析 地板頂棚后背箱驗(yàn)證試驗(yàn)車身主要板件示意圖板件聲振頻譜板件聲振模態(tài)和貢獻(xiàn)量分析板件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和阻尼片布置高靈敏度頻率前圍板某白車身一階彎曲模態(tài)38HZ某白車身二階彎曲模態(tài)52HZ某白車身二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)38HZ 車身關(guān)鍵框架結(jié)構(gòu)影響彎扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率。頻率在70 Hz以下時(shí),車身模態(tài)主要為主振型,該頻段的模態(tài)特性對(duì)整車的動(dòng)態(tài)性能有重要影響。 在白車身自由模態(tài)計(jì)算中,前六階模態(tài)為剛體模態(tài),從第七階開(kāi)始為彈性模態(tài)（一階彈性模態(tài)一般在20HZ之后）。車身頂蓋會(huì)有明顯的局部模態(tài) （

10、1）在彈性模態(tài)中會(huì)出現(xiàn)許多局部模態(tài),它們往往是由車身局部剛度薄弱產(chǎn)生。根據(jù)局部模態(tài)的振型特點(diǎn)可以進(jìn)行有針對(duì)性的車身局部薄弱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)或加強(qiáng)。 （2）白車身零件的板厚、橫截面形狀及連接狀態(tài)是決定其模態(tài)頻率的主要因素。一般車身A柱、C柱的剛度及其和頂蓋的連接剛度是影響白車身整體一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率的“敏感區(qū)”。車身振動(dòng)車身結(jié)構(gòu)減振設(shè)計(jì)： （1）總體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)（避開(kāi)共振，抑制振動(dòng)） （2）車身隔振 1）振動(dòng)結(jié)構(gòu)傳遞處安裝彈簧等 2）合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)和車身（或車架）懸置結(jié)構(gòu)，合理選擇懸置結(jié)構(gòu)元件的屬性 （1）良好的隔振性能，垂直方向要求較柔軟； （2）較大的側(cè)向剛性，保持支承車身的穩(wěn)定性； （3）良好的耐

11、久性。 3）對(duì)于貨車，應(yīng)該合理設(shè)置駕駛室的懸置位置 板殼零件剛度（抑制振動(dòng)）設(shè)計(jì)上的考慮板殼零件的剛度取決于零件的板厚及形狀曲面和棱線造型、拉延成型時(shí)零件的棱作硬化在內(nèi)部大型板件上沖壓出加強(qiáng)筋若不允許出現(xiàn)加強(qiáng)筋，可在零件上貼裝加強(qiáng)板可用沉孔來(lái)加強(qiáng)剛度 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)車身懸置裝置點(diǎn)的位置設(shè)置、懸置點(diǎn)數(shù)量的選擇、懸置裝置的形式和橡膠墊彈性的特性的確定，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： （1）整車結(jié)構(gòu)剛度在車架與車身之間的分配關(guān)系以及剛度的傳遞； （2）車架與車身裝配連接位置的精確度； （3）隔振效果和行使中車身的穩(wěn)定性； （4）車架振動(dòng)特性及振動(dòng)點(diǎn)； （5）懸置裝置中橡膠墊的受力狀況及耐久性； （6）車架的

12、受力狀況。圖K與/ 的關(guān)系1）合理采用隔振措施改善系統(tǒng)傳遞特性圖4-58附加橫梁與縱梁的連接1附加橫梁2發(fā)動(dòng)機(jī)3橡膠元件2）車架和發(fā)動(dòng)機(jī)間安裝合理的懸置機(jī)構(gòu)圖4-59懸置結(jié)構(gòu)a) 壓縮型b) 剪切型 1車架2車身3）合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元件的特性液壓懸置結(jié)構(gòu)剖面示意圖懸置的動(dòng)特性a) 動(dòng)剛度曲線b) 阻尼損失角曲線 （1）車身設(shè)置懸置時(shí)在車身地板骨架和車架應(yīng)裝置橡膠墊承受拉壓兩種載荷； （2）固定螺栓要有一定的預(yù)緊力； （3）數(shù)目不宜過(guò)多也不宜過(guò)少； （4）良好的隔振性能，垂直方向要求相對(duì)較柔軟； （5）較大的側(cè)向剛性，保持支承車身的穩(wěn)定性； （6）良好的耐久性。車身懸置 駕駛室懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程涉及到兩個(gè)部門的協(xié)作。 1）設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，首先由底盤設(shè)計(jì)部門確定整車主懸架力學(xué)參數(shù)并將數(shù)據(jù)遞交給駕駛室設(shè)計(jì)部門，駕駛室設(shè)計(jì)部門根據(jù)所確定的主懸架參數(shù)在考慮駕駛室平順性的基礎(chǔ)之上確定駕駛室懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。隨后對(duì)其進(jìn)行常規(guī)分析(如強(qiáng)