第七讲 车身结构分析车身噪声

1、车身振动和噪声车身振动和噪声 中北大学 车辆工程教研室 车身噪声分为空气动力噪声、机械性噪声、空腔共鸣噪声。 （1）空气噪声有外部、发动机、传动、行驶系等引发的。 （2）机械噪声是车身受激励而振动力学行为而引发。 （3）空腔共鸣是由于车内声波在车内相互干涉或形成共振而加强，该激励也会加剧车身的振动。 （4）对于轿车一阶共鸣在70-90Hz，二阶为130-160Hz，后座一般比前座噪声大。车身噪声车身噪声31 1：噪声：车速：噪声：车速 发动机转速的关系发动机转速的关系动力系统 NVH路噪Road Noise风噪Wind Noise车速车速V VdB5进气系统进气系统NVHNVH空滤器谐振腔四分

2、之一波长管进气口噪声壳体的辐射噪声6动力总成动力总成动力总成的弯曲模态动力总成的辐射噪声悬置位置的振动附件的振动及辐射噪声发动机噪声线性度曲线发动机噪声线性度曲线8引起的问题引起的问题曲轴共振曲轴共振曲轴的应力集中和断裂曲轴的应力集中和断裂曲轴扭转振动曲轴扭转振动阻尼器阻尼器1. 1. 橡胶阻尼器橡胶阻尼器2. 2. 液压阻尼器液压阻尼器9变速器啸叫变速器啸叫齿轮啮合噪声齿轮啮合噪声k(t)e(t)XaXb传递图传递图齿轮制造精度不够齿轮制造精度不够齿轮匹配对中不好齿轮匹配对中不好齿轮材料不好齿轮材料不好啸叫的原因：齿轮啮合不好啸叫的原因：齿轮啮合不好10变速箱变速箱分动器分动器 后传递轴后传

3、递轴后驱动桥后驱动桥后半轴后半轴前传递轴前传递轴前驱动桥前驱动桥前半轴前半轴支撑轴承支撑轴承万向节万向节Balance PlaneBalance Plane传递轴系第一阶传递轴激励传递齿轮啸叫2阶激励车身噪声（车身噪声（NVHNVH测试）测试）2 2、空气动力噪声、空气动力噪声CFDCFD分析和车内声场模拟分析和车内声场模拟防火墙在125Hz漏生严重防火墙漏声严重防火墙漏声严重2 2、空气动力噪声、空气动力噪声CFDCFD分析和车内声场模拟分析和车内声场模拟2 2、空气动力噪声模拟建立和网格划分、空气动力噪声模拟建立和网格划分2 2、空气动力噪声模拟有限元分析（、空气动力噪声模拟有限元分析（8

4、4Hz84Hz）2 2、空气动力噪声模拟有限元分析（、空气动力噪声模拟有限元分析（100Hz100Hz）2 2、空气动力噪声模拟有限元分析（、空气动力噪声模拟有限元分析（135Hz135Hz）2 2、空气动力噪声模拟有限元分析（、空气动力噪声模拟有限元分析（137Hz137Hz） 3：振动噪声车身板局部振动特性振动频率振动噪声车身板局部振动特性振动频率20决定决定NVHNVH的因素的因素 顾客的要求顾客的要求政府法规政府法规公司的需要和技术公司的需要和技术能力能力竞争车竞争车 （1）声音三要素是指声音强弱、音调高低和音质 （2）噪声三要素度量系统： 1）从客观物理量出发用声压和声压级、声强和声

5、强级、声功率和声功率级、噪声频谱特性等来分析描述 2）从人听觉出发用响度和响度级、各种计权网络声级和感觉声级等 3）A计权声级是模拟人耳对40方纯音的响度，其低频、中段频（1000Hz以下）有较大的衰减；B计权声级是模拟人耳对70方纯音的响度，它对信号的低频段有一定衰减；C计权声级是模拟人耳对100方纯音的响度，在整个频率范围内有近乎平直的响应。三者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之，C最少。声音三要素声音三要素声压级声功率级020lgPpLp0p502 10apP010lgwwLw0w12010wW010lgIILI0I122010/IW m 基准声压 基准声功率 参考

6、声强声强级分贝计算分贝计算分贝合成两个独立声源发出的声功率可以代数累加：总声功率级：总声强级12nW W WW12nI III 120010lg10lg()nWWWWWLWW120010lg10lg()nIIIIILII分贝计算分贝计算声压合成总声压：若噪声源声级相同在等声源距离处产生的总噪音级为22212npppp222120020 lg20 lg()npppppLpp 22111220010 lg10 lg10 lg10 lgpNppLNLNpp分贝计算分贝计算两个不同 噪声级同时作用总噪声级为22221211122200010lg10lg10lg(1)ppppLLpppL1L2L2222

7、212122210010lg10lg10lgpppLLppp21() /101LL10lg 1+10LLL和分贝计算分贝计算 （1）根据分贝的数学表达形式，两个噪声级相差一个dB，声压相差呈10为底的指数变化，差异很大，所以声压级较小的噪音对噪声级合成贡献小，在一个噪声级超出另一个噪声级6个分贝以上时，较小的噪声源可以忽视。 （2）在车身设计中，我们强调的是对最强声源的分析分贝合成 等强度曲线 （1）人耳能接受频率在20-20kHz，低于20Hz为次声波，高于20kHz为超声波 （2）人耳感觉和声压及频率相关，分析频率引出等响度级概念，以1000Hz作为基准音响度级Phon（方）来度量 （3）

8、响度的概念，Sone（宋）响度和等响曲线响度和等响曲线响度和响度级关系：(40 )/102NLNlg0.031.2NNLNNL为响度级为响度响度和等响曲线响度和等响曲线HEADHEAD声学测声学测量仪量仪 响度级与等响曲线响度级与等响曲线图：等响曲线图：等响曲线30/ )()(fDfWAI听觉清晰因子听觉清晰因子频率频率(hz)(hz)6363125125250250500500100010004000400080008000声压声压(dB)(dB)10310397.597.5929286.586.5818170707070行驶条件行驶条件加速加速匀速匀速70km/h70km/h混混泥土泥土匀

9、速匀速35km/h35km/h碎石碎石路路声级声级dBdB70-8470-8466-7466-7466-7766-77美国美国SAESAE标准标准1 概念 （1）主动控制在声源外施加力场来抵消噪声或依靠力源衰减、抑制振动来降低噪声源噪声辐射 （2）被动控制无外加力场和能量输入的控制方法，如消声、隔声等控制方法。 （3）对一般汽车而言空气动力学噪声较小，所以车身结构振动引发噪声是首要关注的方向。噪声控制噪声控制车身振动噪声控制车身振动噪声控制1：车身结构性控制： （1）发动机和底盘车身等固有频率错开；发动机隔振，减小声源输入。 （2）车顶地板等构件固有频率和车身错开；地板等采取安装隔振材料。 （

10、3）提高车身支撑点的受力刚性，减小振动，在车身薄板设置加强筋、涂装吸能材料减低辐射、阻尼材料衰减振动。 （4）车身外形设计流畅、减小气动摩擦。 （5）干扰噪声传播路径，使噪声辐射最小化。车身噪声控制车身噪声控制 2 ：吸声等吸能材料控制，隔声、减振、缓压等材料控制： （1）吸声材料，将声转化为热能；吸声结构将声能集中在特定小空间内共振消耗而达到整体效果做好。 （2）隔声材料，透气性差的材料如钢板等。 （3）减振材料，高振动衰减率的材料，高阻尼材料。 （4）缓冲材料，软材料系，用以缓冲振动。36振动通道的控制振动通道的控制（1 1）车身结构的控制：提）车身结构的控制：提高结构和支架的刚度高结构和

11、支架的刚度, , 阻止阻止振动的传递振动的传递（2 2）隔振器）隔振器（3 3）吸振器）吸振器（4 4）阻尼材料）阻尼材料振动通道控制的方法有振动通道控制的方法有: : 1）乘座质量(Ride quality)是车内振动最主要的衡量指标。发动机的振动通过隔振器传递到车体再传到椅子上，地面的振动通过悬挂系统传到车体然后传到椅子上。人直接从椅子的振动感觉到舒适与否；另外，手扶著方向盘会感受到振动，脚踩著地板也会接受振动；人体对振动的感觉来自这三个位置。地板(或者是椅子的支架)的振动反应了车体本身的特性，同时又是对椅子的振动输入。椅子的振动与地板的输入和椅子的结构特征有关。 2）人体各个部位对振动敏

12、感的频率是不一样的。手的敏感频率是8到16赫兹。坐著的时候对振动的敏感频率：在垂直方向为4到8赫兹，而在横向为1到2赫兹。车身振动车身的刚度在整车刚度中占有很大成份整车刚度和部件刚度的贡献的测量：1）整车弯曲刚度2）整车扭转刚度3）每个部件的贡献车身刚度车身刚度车身刚度测量装置 a)测量弯曲刚度（左、右同向加载Fb） b)测量扭转刚度（左、右反向加载Fd）当薄板以某一频率振动时，振形函数为当薄板以某一频率振动时，振形函数为 bynaxkWknsinsintDbnakmDbnak2222222222 车身板局部振动特性振动频率车身板局部振动特性振动频率tDbamDba222222min1111当

13、当k kn n1 1时，得到薄板的最低自然频率时，得到薄板的最低自然频率 板件分析板件分析 地板地板顶棚顶棚后背箱后背箱验验证证试验试验车身主要板件示意图车身主要板件示意图板件声振频谱板件声振频谱板件声振模态和贡献量分析板件声振模态和贡献量分析板件结构优化和阻尼片布置板件结构优化和阻尼片布置高灵敏度频率高灵敏度频率前围板前围板某白车身一阶扭转模态某白车身一阶扭转模态29HZ某白车身一阶弯曲模态某白车身一阶弯曲模态38HZ某白车身二阶弯曲模态某白车身二阶弯曲模态52HZ某白车身二阶扭转模态某白车身二阶扭转模态38HZ 车身关键框架结构影响弯扭转模态频率。频率在车身关键框架结构影响弯扭转模态频率。

14、频率在70 Hz70 Hz以下时以下时, ,车身模态主要为主振型车身模态主要为主振型, ,该频段的模态该频段的模态特性对整车的动态性能有重要影响。特性对整车的动态性能有重要影响。 在白车身自由模态计算中在白车身自由模态计算中, ,前六阶模前六阶模态为刚体模态态为刚体模态, ,从第七阶开始为弹性模态从第七阶开始为弹性模态（一阶弹性模态一般在（一阶弹性模态一般在20HZ20HZ之后）。之后）。车身顶盖会有车身顶盖会有明显的局部模态明显的局部模态 （1 1）在弹性模态中会出现许多局部模态）在弹性模态中会出现许多局部模态, ,它们往往是由车身局部刚度薄它们往往是由车身局部刚度薄弱产生。根据局部模态的振

15、型特点可以进行有针对性的车身局部薄弱结构弱产生。根据局部模态的振型特点可以进行有针对性的车身局部薄弱结构的改进或加强。的改进或加强。 （2 2）白车身零件的板厚、横截面形状及连接状态是决定其模态频率的）白车身零件的板厚、横截面形状及连接状态是决定其模态频率的主要因素。一般车身主要因素。一般车身A A柱、柱、C C柱的刚度及其和顶盖的连接刚度是影响白车柱的刚度及其和顶盖的连接刚度是影响白车身整体一阶扭转模态频率的身整体一阶扭转模态频率的“敏感区敏感区”。车身振动车身振动车身结构减振设计：车身结构减振设计： （1 1）总体结构布置设计（避开共振，抑制振动）总体结构布置设计（避开共振，抑制振动） （

16、2 2）车身隔振）车身隔振 1 1）振动结构传递处安装弹簧等）振动结构传递处安装弹簧等 2 2）合理选择发动机和车身（或车架）悬置结构，合）合理选择发动机和车身（或车架）悬置结构，合理选择悬置结构元件的属性理选择悬置结构元件的属性 （1 1）良好的隔振性能，垂直方向要求较柔软；）良好的隔振性能，垂直方向要求较柔软； （2 2）较大的侧向刚性，保持支承车身的稳定性；）较大的侧向刚性，保持支承车身的稳定性； （3 3）良好的耐久性。）良好的耐久性。 3 3）对于货车，应该合理设置驾驶室的悬置位置）对于货车，应该合理设置驾驶室的悬置位置 板壳零件刚度（抑制振动）板壳零件刚度（抑制振动）设计上的考虑1

17、. 板壳零件的刚度取决于零件的板厚及形状2. 曲面和棱线造型、拉延成型时零件的棱作硬化3. 在内部大型板件上冲压出加强筋4. 若不允许出现加强筋，可在零件上贴装加强板5. 可用沉孔来加强刚度 在结构设计中，对车身悬置装置点的位置设置、悬置点数量的选择、悬置装置的形式和橡胶垫弹性的特性的确定，应考虑以下几个方面： （1）整车结构刚度在车架与车身之间的分配关系以及刚度的传递； （2）车架与车身装配连接位置的精确度； （3）隔振效果和行使中车身的稳定性； （4）车架振动特性及振动点； （5）悬置装置中橡胶垫的受力状况及耐久性； （6）车架的受力状况。图K与/ 的关系n1）合理采用隔振措施改善系统传递

18、特性2222)2()(1 ()2(1nnnAxk图4-58附加横梁与纵梁的连接1附加横梁2发动机3橡胶元件2）车架和发动机间安装合理的悬置机构图4-59悬置结构a) 压缩型b) 剪切型 1车架2车身3）合理选择发动机悬置元件的特性液压悬置结构剖面示意图液压悬置结构剖面示意图悬置的动特性悬置的动特性a) a) 动刚度曲线动刚度曲线b) b) 阻尼损失角曲线阻尼损失角曲线4)合理选择车身(驾驶室)悬置点位置，和数目驾驶室的悬置点位置驾驶室的悬置点位置a) a)长头型长头型b)b)平头型平头型 （1）车身设置悬置时在车身地板骨架和车架应装置橡胶垫承受拉压两种载荷； （2）固定螺栓要有一定的预紧力； （3）数目不宜过多也不宜过少； （