第七讲车身结构车身噪声案例.ppt

1、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,3,1：噪声：车速 发动机转速的关系,dB,5,进气系统NVH,空滤器,谐振腔,四分之一波长管,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

2、声,发动机噪声线性度曲线,8,引起的问题 曲轴共振 曲轴的应力集中和断裂,曲轴扭转振动,阻尼器 橡胶阻尼器 液压阻尼器,9,变速器啸叫,齿轮啮合噪声,k(t),e(t),Xa,Xb,传递图,齿轮制造精度不够 齿轮匹配对中不好 齿轮材料不好,啸叫的原因：齿轮啮合不好,10,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（NVH测试）,2、空气动力噪声CFD分析和车内声场模拟,2、空气动力噪声CFD分析和车内声场模拟,2、空气动力噪声模拟建立和网格划分,2、空气动力噪声模拟有限元分析（84Hz）,2、空气动力噪声模拟有限元分析（100Hz）,2、空气动力噪声模拟有限元分析（135Hz

3、）,2、空气动力噪声模拟有限元分析（137Hz）,3：振动噪声车身板局部振动特性振动频率,20,决定NVH的因素,顾客的要求,政府法规,公司的需要和技术能力,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

4、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,声压级 声功率级,基准声压,基准声功率,参考声强,声强级,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,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,分贝计算,两个不同 噪声级同时作用总噪声级为,和,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。 （

5、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）响度的概念，Sone（宋）,响度和等响曲线,响度和响度级关系：,为响度级,为响度,响度和等响曲线,HEAD声学测量仪,响度级与等响曲线,图：等响曲线,听觉清晰因子,美国SAE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，

6、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,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。 （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,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

7、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,（1）车身结构的控制：提高结构和支架的刚度, 阻止振动的传递 （2）隔振器 （3）吸振器 （4）阻尼材料,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

8、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,车身板局部振动特性振动

9、频率,当kn1时，得到薄板的最低自然频率,板件分析,在白车身自由模态计算中,前六阶模态为刚体模态,从第七阶开始为弹性模态（一阶弹性模态一般在20HZ之后）。,车身顶盖会有 明显的局部模态,（1）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。 （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主要因素。一般车身A柱、C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“敏感区”。,车身振动,车身结构减振设计： （1）总体结构布置设计（避开共振，抑制振动） （2）车身隔振 1）振动结构

10、传递处安装弹簧等 2）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 （1）良好的隔振性能，垂直方向要求较柔软； （2）较大的侧向刚性，保持支承车身的稳定性； （3）良好的耐久性。 3）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） 设计上的考虑 板壳零件的刚度取决于零件的板厚及形状 曲面和棱线造型、拉延成型时零件的棱作硬化 在内部大型板件上冲压出加强筋 若不允许出现加强筋，可在零件上贴装加强板 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

11、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,1）合理采用隔振措施改善系统传递特性,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,悬置的动特性a) 动刚度曲线 b) 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

12、置点位置 a)长头型b)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； （4）良好的隔振性能，垂直方向要求相对较柔软； （5）较大的侧向刚性，保持支承车身的稳定性； （6）良好的耐久性。,车身悬置,驾驶室悬置系统设计过程涉及到两个部门的协作。 1）设计开始阶段，首先由底盘设计部门确定整车主悬架力学参数并将数据递交给驾驶室设计部门，驾驶室设计部门根据所确定的主悬架参数在考虑驾驶室平顺性的基础之上确定驾驶室悬置系统的设计参数。随后对其进行常规分析(如强度计算、干涉检查等)，然后根据设计结果生产出样车并

13、进行平顺性测试。 2）如果测试结果符合原始设计要求，设计过程即告结束，如果对结果不满意，驾驶室设计部门将根据需要反复调整驾驶室悬置系统设计参数并进行平顺性测试。如果多次调整参数后仍无法满足预定的设计要求则交由底盘设计部门对主悬架参数进行调整，直到主悬架参数与悬置系统参数达到最佳匹配值为止，驾驶室悬置系统设计即告结束。,驾驶室悬置的设计过程,在悬置参数选取时的影响因素,（1） 驾驶室悬置系统刚度、阻尼值与主悬架刚度、阻尼值的匹配问题 （2） 驾驶室悬置系统其它参数如弹性元件安装点位置、悬置系统前悬置部分拉杆以及后悬置拉杆的安装位置及长度等对驾驶室平顺性也有一定影响。 （3） 商用车中其它一些参数，主要包括车辆结构参数（如总长、前悬、轴距、轮距等）、质量参数（如驾