汽車車身設(shè)計(jì)課件

普通高等教育

“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材

《汽車車身設(shè)計(jì)》普通高等教育

“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材

《汽車車身設(shè)計(jì)》1第五章車身NVH特性研究第五章車身NVH特性研究2NVHN—Noise（噪聲）V—Vibration（振動(dòng)）H—Harshness（聲振粗糙感）三者常同時(shí)出現(xiàn)且密不可分汽車NVH特性指在車室振動(dòng)、噪聲的作用下，乘員舒適性主觀感受的變化特性是人體觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及視覺(jué)等方面感受的綜合體現(xiàn)，也可以用振動(dòng)、噪聲等性能的客觀物理量加以衡量第一節(jié)

汽車NVH特性一、概述NVH第一節(jié)汽車NVH特性3汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件4汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件5汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件6汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件7汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件8汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件9汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件10汽車上的振動(dòng)路面不平度引起的車身垂直方向振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡往復(fù)慣性力產(chǎn)生的車身振動(dòng)轉(zhuǎn)向輪的擺振傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等特點(diǎn)很多振動(dòng)都是隨機(jī)振動(dòng)，通常用振動(dòng)量的均方根值來(lái)衡量，并且按照頻率加權(quán)計(jì)算對(duì)人體舒適性影響較大的振動(dòng)主要表現(xiàn)為界面點(diǎn)對(duì)人體輸入的低頻振動(dòng)，頻率范圍1~80Hz左右界面點(diǎn)：轉(zhuǎn)向盤、儀表板、地板、座椅、耳旁汽車上的振動(dòng)11噪聲是NVH問(wèn)題中很重要的部分車內(nèi)噪聲車身壁板振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲空氣沖擊摩擦車身形成的噪聲外界噪聲源（如發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、制動(dòng)器等）傳入的噪聲車外噪聲城市環(huán)境主要的噪聲源，必須嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)車外噪聲：GB1495-2002：汽車加速車外噪聲小于88dB，M1類汽車應(yīng)小于77dB車內(nèi)噪聲：美國(guó)在1985年就規(guī)定公共汽車的車內(nèi)噪聲不得超過(guò)80dB我國(guó)尚無(wú)強(qiáng)制性法規(guī)噪聲12噪聲的計(jì)算早期，以試驗(yàn)方法為主利用診斷技術(shù)識(shí)別出噪聲源，然后通過(guò)改進(jìn)聲源結(jié)構(gòu)減小其產(chǎn)生的噪聲，或切斷噪聲的傳播途徑來(lái)控制車內(nèi)噪聲仿真計(jì)算借助噪聲分析軟件，建立聲學(xué)模型預(yù)測(cè)車內(nèi)噪聲，分析其產(chǎn)生機(jī)理和傳播途徑，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)噪聲進(jìn)行有效控制噪聲的計(jì)算13汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件14汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件15聲振粗糙感指的是振動(dòng)和噪聲的品質(zhì)不是一個(gè)與振動(dòng)、噪聲相并列的物理概念描述的是人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感覺(jué)，不能直接用客觀測(cè)量方法來(lái)度量汽車的乘坐舒適性最終要表現(xiàn)為人體的感覺(jué)，所以聲振粗糙感在NVH特性研究中占有十分重要的地位汽車公司采用專家實(shí)際乘坐汽車的方式來(lái)最終評(píng)價(jià)汽車NVH特性聲振粗糙感161.噪聲的客觀量度聲壓p——是指媒質(zhì)受到聲擾動(dòng)后壓強(qiáng)的改變量。設(shè)靜態(tài)大氣壓強(qiáng)為p0，空氣受到聲擾動(dòng)后的壓強(qiáng)為p，則聲強(qiáng)I——在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)垂直于聲傳播方向上的單位面積的平均聲能通量聲壓級(jí)聲強(qiáng)級(jí)第一節(jié)

汽車NVH特性二、聲學(xué)基礎(chǔ)理論1.噪聲的客觀量度第一節(jié)汽車NVH特性172、噪聲的主觀量度與計(jì)權(quán)聲級(jí)人耳對(duì)噪聲的主觀感受不但與聲音的強(qiáng)弱有關(guān)，還與頻率有關(guān)，在人耳敏感頻段的聲音聽(tīng)起來(lái)會(huì)更響一些以1000Hz純音為標(biāo)準(zhǔn)定義其聲壓級(jí)為響度級(jí)，單位為phon。其它頻率聲音的響度級(jí)通過(guò)與1000Hz的純音相比較確定將不同頻率下同樣響度級(jí)的各點(diǎn)連接起來(lái)，得到等響曲線2、噪聲的主觀量度與計(jì)權(quán)聲級(jí)18汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件192、噪聲的主觀量度與計(jì)權(quán)聲級(jí)為了使聲音的量度與人耳聽(tīng)覺(jué)感受一致，在聲級(jí)計(jì)等測(cè)量?jī)x器上都設(shè)置了頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)（即濾波器），對(duì)所測(cè)量的噪聲信號(hào)按頻帶進(jìn)行衰減根據(jù)頻率響應(yīng)特性不同，計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)可分為多種A級(jí)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)按照40phon等響曲線修正的，代表著人耳對(duì)低聲壓噪聲響亮程度的感覺(jué)與噪聲對(duì)人體的危害程度有良好的相關(guān)性，最能反映人耳與噪聲頻率響應(yīng)特性之間的關(guān)系應(yīng)用最為廣泛2、噪聲的主觀量度與計(jì)權(quán)聲級(jí)20汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件21汽車激勵(lì)源：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車輪和輪胎、不平路面和風(fēng)等傳遞器：懸架系統(tǒng)、懸置系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)器：車身和車室空腔第一節(jié)

汽車NVH特性三、汽車中的NVH現(xiàn)象汽車第一節(jié)汽車NVH特性22汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件23汽車激勵(lì)源：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車輪和輪胎、不平路面和風(fēng)等傳遞器：懸架系統(tǒng)、懸置系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)器：車身和車室空腔汽車上的NVH現(xiàn)象描述乘員的主觀感受分為振動(dòng)、噪聲等多種感覺(jué)將乘員的主觀感受與客觀的描述聯(lián)系起來(lái)，用于對(duì)汽車NVH特性的評(píng)價(jià)與診斷汽車24汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件25車身系統(tǒng)是整車NVH系統(tǒng)的響應(yīng)器，其振動(dòng)響應(yīng)特性直接影響著整車的NVH特性車身作為振動(dòng)、噪聲傳遞途徑中的重要環(huán)節(jié)，其聲學(xué)傳遞特性也對(duì)車內(nèi)的噪聲水平有重要的影響車內(nèi)噪聲結(jié)構(gòu)噪聲：外界激勵(lì)引起車身壁板振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲空氣噪聲：車室外通過(guò)車身孔隙進(jìn)入車內(nèi)的噪聲第一節(jié)

汽車NVH特性四、車身的NVH特性車身系統(tǒng)是整車NVH系統(tǒng)的響應(yīng)器，其振動(dòng)響應(yīng)特性直接影響著整26汽車NVH特性設(shè)計(jì)方法建立在CAE基礎(chǔ)之上以改善汽車NVH特性為目標(biāo)聲學(xué)設(shè)計(jì)方法：以降低車內(nèi)總體噪聲水平為目的汽車NVH特性設(shè)計(jì)方法貫穿于新車型的研發(fā)過(guò)程，也在現(xiàn)有車型的改進(jìn)設(shè)計(jì)中起到重要作用第二節(jié)

NVH特性設(shè)計(jì)方法汽車NVH特性設(shè)計(jì)方法第二節(jié)NVH特性設(shè)計(jì)方法27整車研發(fā)過(guò)程中，NVH特性研究分為以下四個(gè)階段：調(diào)研，對(duì)標(biāo)，確定整車NVH特性目標(biāo)整車仿真分析分級(jí)匹配各系統(tǒng)、子系統(tǒng)的NVH目標(biāo)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)和整車的性能目標(biāo)樣車的試驗(yàn)與調(diào)整整車研發(fā)過(guò)程中，NVH特性研究分為以下四個(gè)階段：調(diào)研，對(duì)標(biāo)，28整車水平的NVH目標(biāo)在項(xiàng)目的早期制訂主要步驟：根據(jù)目標(biāo)人群特點(diǎn)和顧客的駕駛評(píng)估確定與汽車NVH特性相關(guān)的重要項(xiàng)目，如：車內(nèi)噪聲、地板振動(dòng)、轉(zhuǎn)向盤抖動(dòng)等制訂主觀NVH目標(biāo)對(duì)標(biāo)、顧客和專家的駕駛評(píng)價(jià)對(duì)將要開(kāi)發(fā)汽車性能的未來(lái)規(guī)劃車內(nèi)的噪聲水平、振動(dòng)感受等對(duì)標(biāo)車試驗(yàn)，據(jù)此建立整車NVH目標(biāo)確定其客觀性能將主觀NVH目標(biāo)轉(zhuǎn)化為客觀的整車NVH目標(biāo)駕駛員耳旁聲壓級(jí)、敏感點(diǎn)加速度響應(yīng)、車身振動(dòng)模態(tài)頻率等研究并規(guī)劃在這個(gè)市場(chǎng)定位水平上的未來(lái)NVH特性的改進(jìn)趨勢(shì)第二節(jié)

NVH特性設(shè)計(jì)方法一、整車NVH目標(biāo)的確定整車水平的NVH目標(biāo)在項(xiàng)目的早期制訂第二節(jié)NVH特性設(shè)計(jì)29汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件30整車水平的NVH目標(biāo)包括：與不平路面有關(guān)的前座椅振動(dòng)、轉(zhuǎn)向盤抖動(dòng)與風(fēng)噪聲有關(guān)的高速時(shí)的前座椅處的噪聲水平與動(dòng)力總成有關(guān)的起動(dòng)時(shí)的抖動(dòng)怠速期間駕駛員的右耳噪聲和踏板振動(dòng)水平等汽車各系統(tǒng)模態(tài)頻率的分配整車水平的NVH目標(biāo)包括：31不同系統(tǒng)和子系統(tǒng)的模態(tài)頻率對(duì)于確定汽車整體NVH特性起著關(guān)鍵作用例：為防止共振，系統(tǒng)模態(tài)頻率之間應(yīng)該分離，并與激勵(lì)頻率分開(kāi)某汽車裝備V6發(fā)動(dòng)機(jī)，其穩(wěn)態(tài)怠速轉(zhuǎn)速650r/min；發(fā)動(dòng)機(jī)首階激勵(lì)（第3階）在32.5Hz，對(duì)轉(zhuǎn)向柱的抖動(dòng)特性影響很大根據(jù)轉(zhuǎn)向柱支承系統(tǒng)實(shí)際情況，將其垂直方向模態(tài)頻率設(shè)置為29Hz，橫向模態(tài)設(shè)置為36Hz，降低了轉(zhuǎn)向柱管的抖動(dòng)，改善了整車的NVH特性不同系統(tǒng)和子系統(tǒng)的模態(tài)頻率對(duì)于確定汽車整體NVH特性起著關(guān)鍵32分級(jí)結(jié)合試驗(yàn)和CAE方法，指將整車NVH目標(biāo)轉(zhuǎn)化為車身結(jié)構(gòu)、動(dòng)力總成懸置等系統(tǒng)和部件目標(biāo)水平的過(guò)程例：一階模態(tài)頻率、車身接頭剛度、車身在懸架上的安裝部位剛度等為設(shè)計(jì)人員提供相關(guān)部件設(shè)計(jì)的詳細(xì)準(zhǔn)則第二節(jié)

NVH特性設(shè)計(jì)方法二、NVH目標(biāo)的分級(jí)分級(jí)第二節(jié)NVH特性設(shè)計(jì)方法33汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件34車身系統(tǒng)的NVH特性目標(biāo)包括彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度模態(tài)特性聲學(xué)振動(dòng)靈敏度噪聲的衰減特性動(dòng)力總成的振動(dòng)及其輻射的噪聲底盤懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性等車身系統(tǒng)的NVH特性目標(biāo)包括35新開(kāi)發(fā)汽車的分級(jí)參考BIC汽車的基本數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)BIC的系統(tǒng)和部件NVH特性水平作為初始設(shè)計(jì)目標(biāo)再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行修改，作為早期系統(tǒng)和部件的NVH目標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師按照部件的目標(biāo)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新開(kāi)發(fā)汽車的分級(jí)36NVH設(shè)計(jì)過(guò)程中，為進(jìn)行NVH目標(biāo)的分級(jí)、評(píng)價(jià)，改善汽車的NVH特性，應(yīng)建立用于整車NVH特性研究的CAE模型不同子系統(tǒng)、不同NVH問(wèn)題，采用的CAE方法不同懸架、轉(zhuǎn)向系等系統(tǒng)研究其低頻范圍的動(dòng)力學(xué)特性時(shí)主要采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)40Hz以下NVH特性的模擬非常準(zhǔn)確剛度較小的系統(tǒng)（如車身系統(tǒng)）采用有限元方法建立彈性體（或柔體）模型，再與多剛體系統(tǒng)模型相結(jié)合，建立整車的剛彈耦合模型模擬適用的頻率范圍也提高到200Hz以上第二節(jié)

NVH特性設(shè)計(jì)方法三、NVH設(shè)計(jì)中的CAE方法介紹NVH設(shè)計(jì)過(guò)程中，為進(jìn)行NVH目標(biāo)的分級(jí)、評(píng)價(jià)，改善汽車的N37車內(nèi)低頻噪聲的計(jì)算一般是利用有限元方法實(shí)現(xiàn)將車內(nèi)空腔劃分網(wǎng)格，建立有限元模型車內(nèi)空腔與車身結(jié)構(gòu)模型耦合，建立聲固耦合模型計(jì)算車室空腔的聲學(xué)特性，車內(nèi)噪聲響應(yīng)中高頻（300Hz以上）NVH特性的仿真應(yīng)采用建立在空間聲學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)上的統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）方法車內(nèi)低頻噪聲的計(jì)算38有限元方法+多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立整車的剛彈耦合模型，預(yù)測(cè)車身的振動(dòng)和車室內(nèi)的聲壓第三節(jié)

剛彈耦合系統(tǒng)的仿真分析有限元方法+多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立整車的剛彈耦合模型391．建立整車剛彈耦合模型第三節(jié)

剛彈耦合系統(tǒng)的仿真分析二、模型的建立與仿真分析建立車身有限元模型建立底盤的多體模型并與彈性體車身相連接進(jìn)行超單元分析將車身超單元轉(zhuǎn)換成為多體系統(tǒng)中的彈性體文件整車的剛彈耦合系統(tǒng)模型1．建立整車剛彈耦合模型第三節(jié)剛彈耦合系統(tǒng)的仿真分析建立40汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件41汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件42前懸架ADAMS模型前懸架ADAMS模型43轉(zhuǎn)向系模型轉(zhuǎn)向系模型44減振器模型減振器模型45懸架彈簧特性曲線懸架彈簧特性曲線46車身骨架模型共有24469個(gè)節(jié)點(diǎn)，29100個(gè)單元，單元尺寸為50mm，板厚1mm。利用它建立超單元并生成柔體車身車身骨架模型47汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件481．建立整車剛彈耦合模型整車模型的建立將上述各種子系統(tǒng)在ADAMS/Car標(biāo)準(zhǔn)模塊下進(jìn)行裝配連接，就可以得到整車的仿真模型1．建立整車剛彈耦合模型492、整車剛彈耦合模型的仿真分析模型的標(biāo)定和校驗(yàn)整車虛擬樣車模型建立之后，采用與實(shí)車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照的方法對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定和校驗(yàn)加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電荷放大器等測(cè)量副車架左后懸置與車身連接處振動(dòng)加速度信號(hào)，采樣頻率為4kHz，采樣時(shí)間10秒車速80km/h在B級(jí)瀝青路面上行駛勻速直線行駛2、整車剛彈耦合模型的仿真分析加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電502、整車剛彈耦合模型的仿真分析模型的標(biāo)定和校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果柔體模型仿真產(chǎn)生誤差的主要原因：與實(shí)車相比模型存在較大的簡(jiǎn)化由于條件限制，模型的參數(shù)還不夠準(zhǔn)確路面模型與真實(shí)的路面存在一定差距等2、整車剛彈耦合模型的仿真分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果柔體模型仿真產(chǎn)生誤差512、整車剛彈耦合模型的仿真分析在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件中設(shè)置不同路面和行駛工況可以對(duì)整車剛彈耦合模型進(jìn)行仿真分析例2、整車剛彈耦合模型的仿真分析522、整車剛彈耦合模型的仿真分析例——在汽車30km/h直線行駛工況，仿真分析得到的車身質(zhì)心處加速度時(shí)間歷程信號(hào)以及經(jīng)過(guò)付立葉變換后的頻域信號(hào)仿真開(kāi)始階段（約0.32秒之前）只有前輪處于不平路面，相應(yīng)的時(shí)間歷程曲線振幅比較?。浑S著后輪駛上路面，振動(dòng)幅度變大在頻譜圖中2Hz附近的尖峰對(duì)應(yīng)著車身垂直方向振動(dòng)的剛體模態(tài)由于懸架系統(tǒng)的高頻濾波作用，50Hz以上的振幅非常小2、整車剛彈耦合模型的仿真分析仿真開(kāi)始階段（約0.32秒之前53汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件542、整車剛彈耦合模型的仿真分析例—計(jì)算得到的左側(cè)車身連接點(diǎn)垂直方向的作用力前后懸架滑柱上支點(diǎn)（曲線1和4）承受著大部分的簧載質(zhì)量，而橫向推力桿垂直方向的傳遞力（曲線6）幾乎可以忽略由于后車輪在前一段時(shí)間沒(méi)有駛上不平路面，因此相應(yīng)的連接點(diǎn)傳遞力（曲線4、5、6）幾乎沒(méi)有波動(dòng)，曲線平直，傳遞力基本等于靜載荷2、整車剛彈耦合模型的仿真分析前后懸架滑柱上支點(diǎn)（曲線1和455噪聲機(jī)理激勵(lì)源傳遞途徑聲學(xué)響應(yīng)要控制噪聲，應(yīng)從減小聲源、隔斷噪聲的傳遞途徑和聲場(chǎng)內(nèi)消聲等方面入手減小聲源：對(duì)于發(fā)聲的部件采用消聲器，對(duì)于振動(dòng)的部件采用減振器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要使固有頻率相互錯(cuò)開(kāi)并避開(kāi)激勵(lì)頻率抑制風(fēng)噪聲：消除泄漏氣流的間隙，改進(jìn)密封元件，增加密封壓力等，將縫隙堵塞避免空腔共鳴：修改車室形狀和尺寸的方法，改變空腔的共振頻率，以避開(kāi)常見(jiàn)激勵(lì)的頻率直接從聲源上治理噪聲往往受到限制，還需要采取防振、隔振、吸聲、阻尼等辦法第六節(jié)車內(nèi)的降噪措施一、隔聲與吸聲噪聲機(jī)理第六節(jié)車內(nèi)的降噪措施561.隔聲對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和車外噪聲，可采用各種結(jié)構(gòu)措施并選擇合理的隔聲材料來(lái)隔離隔聲效果用透射損失TL評(píng)價(jià)（單位dB）式中，Wi為射到隔聲壁的聲能量；Wt為透過(guò)隔聲壁的聲能量垂直入射聲波的單層隔壁透射損失式中，m為隔壁單位面積的質(zhì)量，單位為

kg/m2；f為聲頻率，單位為

Hz隔壁面密度愈大，聲頻率愈高，則隔聲效果愈好1.隔聲571.隔聲例：前置發(fā)動(dòng)機(jī)的工作噪聲，通過(guò)前圍擋板傳入車內(nèi)。單位面積質(zhì)量或頻率大1倍，隔聲量?jī)H增加

6dB，用單層隔壁的隔聲效果不好。結(jié)構(gòu)工藝允許時(shí)，用雙層隔壁會(huì)顯著提高隔聲效果汽車的前圍板、地板，其上有許多穿線孔、安裝孔等，能引起風(fēng)嘯聲又會(huì)大大降低透射損失，應(yīng)給予密封1.隔聲58隔聲大多數(shù)隔聲結(jié)構(gòu)對(duì)高頻噪聲的隔聲效果較好，而對(duì)低頻噪