客车NVH特性的车身地板优化分析

吴绍伟

摘 要 客车在高速行驶的过程中车身地板的中后部震动影响很大，容易影响客车的NVH特性，使NVH性能变差。本文主要运用有限元软件制定了某客车车身的地板结构力学的有限元模型，分析了客车的车身地板的各项实验数据值，找出了车身地板振动的原因，同时提出了车身地板优化方案，并对优化后的客车车身地板进行实验验证，实验结果证明优化后的车身地板振动强度大量减弱，客车的NVH特性大大增强。

关键词 客车；NVH特性；车身地板；优化

中图分类号 U46 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）162-0147-02

随着现代化生活质量的提高，科学技术的快速发展进步，人们越来越重视客车的NVH特性，客车的NVH性能不仅影响了乘坐人员的舒适性，同时还是体现汽车的综合性能的重要标准。在评价客车的整体性能时，客车在高速行驶的过程中由于外部作用力的振动导致地板产生局部振动，在长期振动之后，会让乘务员的脚底变得麻木，影响客车车板的使用寿命，还会产生噪音污染，影响乘坐的舒适度，导致乘员身心疲惫，降低了汽车的NVH性能。因此如何避免客车的地板振动，优化客车的NVH特性是一个值得研究的话题。

1 客车NVH问题描述和原因分析

在客车的开发过程中，为了减少车内的噪音污染，从结构设计、材料选择、制作工艺等方面进行降噪处理，例如：设计新型的隔热降噪的发动机结构；采用电控硅油风扇，从而降低风扇转动时带来的噪音；在车身车体上涂抹耐石击以及阻尼涂料；在车身结构上运用隔音降噪材料等方式。

但是这些降噪工艺运用之后，仍然存在一系列噪音和振动问题，例如：

1）客车在启动和停止的时候，发动机会突然剧烈抖动，停止时抖动最厉害。通过分析得知其产生的原因是发动机型号和车型不匹配，发动机悬置和四缸机隔离振动效果差。

2）车辆在静止和行驶过程中加速存在问题，发动机的噪音非常大。原因是：风扇转动产生噪音，硅油风扇和离合器存在质量问题。

3）发动机处于3 000转以上时声音存在异常情况，并产生低沉的啸叫声。原因是：增压器部分存在问题，每个车型匹配都有，无法解决。进气和排气系统需要进行密封检查。

4）发动机在静止加速和行驶加速时振动幅度很大，1 400rpm时车身产生共鸣声。原因：发动机出现振动，并和底盘、车身系统共同振动。

通过对这些问题进行分析，查找了一系列原因发现，很多汽车的NVH问题主要涉及到发动机、车身和底盘等汽车的主要部位，而且各个系统之间的NVH问题又可以相互影响，如果不能综合解决NVH问题，只是进行局部的解决方案，不能明显消除汽车的NVH问题。

2 对车身地板结构的各项数据进行有限元动力学分析

2.1 建立车身地板有限元模型

为了确保车身地板的各项数据分析的正确性，将车身地板的CAD模型导入HyperMesh软件中建立有限元模型。对车身和车架中的681 238个单元点进行建模，选用四边形单元结构建立数值模型，把三角形的单元数量精密控制在5%以内，综合考虑车身各个节点的连接作用。通过建立模型分析地板后部振动数据，采用MSC. Nastran软件中的Lanczos方法计算车身地板自由模态，对各阶的振动频率进行统计分析。

由表1的各项数据可以得知，阶次3—6都是地板局部振动，阶次1和2地板向一边振动，阶次7是地板整体垂向高阶弯曲振动，因此可以通过有限元模型对地板的振动情况进行一个详细的分析。

2.2 车身地板振动频率分析

在车辆行驶的过程中，由于路面不平整会导致车身振动，车身振动会导致地板振动，为了检测车辆行驶中车身地板的频响，可以运用正弦曲线来分析车身地板的振动负荷。由于地板拥有对称的特点，所以可以选取地板的右侧前负荷力作用点和后负荷力作用点制作正弦曲线，选取一部分数据综合分析车身地板的振动频率。

2.3 客车实际行驶中的振动测试分析

通过对客车的实际行驶进行观察发现，在客车第五排座椅附近的地板振动强度比较剧烈，因此我们在该地板附近设置加速度传感器进行测试，采集该处地板剧烈振动的频率信号。在进行实验之前，必须保证客车匀速行驶，然后在每个时间点对加速度信号数据进行统计分析。最后得出了加速度信号的每个阶位的分析结果，从结果中得出，该处地板的剧烈振动一般发生在客车的传动轴1.28阶激励位置和客车发动机的2阶激励位置，而且两个位置的振动频率波动范围在45Hz～60Hz之间。

3 优化客车NVH特性和车身地板结构设计

3.1 优化客车的NVH特性

通过上述的一系列客车NVH问题，我们发现，要想从根本上解决客车的NVH问题，必须在开发和设计中进行完善，而不是等客车出现实际问题时再去解决问题，这种方法无异于是“亡羊补牢”。只有优化了客车的NVH特性，才能解决客车中存在的噪音污染和车身地板振动问题，所以在开发设计阶段，必须按照客车的NVH标准指数进行衡量，才能提高客车的整体NVH特性。

3.1.1 设定NVH性能目标

这是优化客车的NVH特性的第一个阶段，主要目的是设定NVH性能目标，并且要把NVH分解到客车的每个子系统部件上，可以从这几个方面来考虑客车的NVH性能设计：1）满足乘客对客车的舒适度要求，了解日常行驶中的车身振动和噪音情况；2）满足政府对汽车的振动和噪音等级设定标准；3）对于一些新开发的车型，一定要认真研究样车的型号和各项数据，了解汽车的各方面性能优缺点；4）了解汽车的各个零部件NVH标准数值。在设定样车的NVH性能目标时，研究市场消费者对车辆的各项功能需求，建立车辆的各项NVH等级目标。对汽车在各种行驶状态下的NVH特性有一个了解，例如：加速度、匀速、减速。在开发设计汽车的NVH性能时，各个子系统之间的设计既要有关联性，也要独立分开。

3.1.2 进行客车的NVH特性开发

在这一阶段，必须对客车的各个系统零部件进行设计建模，并仿真分析方案的可行性，验证设计目的的成功几率。

首先根据设定的NVH目标，来确定各个系统零部件的设计方案，研究汽车的NVH设计方法。可以进行数学建模，明确系统各部件之间的动态关系。优化汽车部件元件的结构设计，实现系统的性能要求。对子系统的每个元件的特点进行确认，多元化优化设计各个子系统，提高车辆的NVH性能。在设计完成之后，需要对设计结果进行仿真分析，并将最优化的结构安装在模型样车上，检查各个系统的质量和性能，对一些不合理的设计进行完善和改正。

3.1.3 实车调试优化NVH特性

在实车生产完成之后，需要把实车的各项特点与目标样车进行对比，并对NVH特性进行调试，判断是否有某些地方不合乎最初的目标。采集实车的各项行驶状态下的NVH数据，例如：加速度、匀速、减速，进一步分析实车的NVH特性，对一些缺陷及时弥补，从整体上优化汽车的NVH特性，提高汽车的质量。

3.2 车身地板结构优化设计

加强客车后部座位处地板的横梁刚度，客车中部的地板是整个客车的关键地位，必须加强这个位置的地板强度。为了考虑成本的经济性和工艺的可靠性，可以增加客车后部的地板厚度，同时在客车的后部横梁之间加装一根和车架宽度相等的横梁，横梁的截面形状必须和汽车原有的横梁形状一致，这样就使客车的整体强度增加了，避免了发动机和传动轴之间的工作使地板振动。优化了车身地板结构，加固了车身底板，提高了客车的整体NVH性能。

4 车身地板结构优化后的结果验证和实车实验验证

在车身地板结构优化之后，对客车的各个阶次的振动频率和振动情况进行分析得出结论，各个阶次的振动频率相对于优化前性能都提高了10%之上，车身地板的各个局部区域强度提高后，激励点速度逐渐降低了，这表示了车身地板结构的NVH特性提高了。

在实车的道路测试过程中，在车身的第五排座位处的地板上安装多个加速度传感器进行测试，最终得到测试结果。当车速达到110km/h，该处地板的振动频率波动在40Hz～55Hz之间，振动强度得到明显衰减。这说明在优化地板设计之后，客车的整体NVH性能得到优化。

5 结论

通过上述的一系列实验分析得知，客车的NVH特性和车身地板优化设计和客车的零部件系统存在至关重要的联系，必须根据地板的具体振动情况，提出合理的改进方案，在设计地板结构之前，必须建立科学、合理的样车模型，对模型的灵敏度和形态进行分析，制定出高效合理的地板结构设计方案。随着社会的进步和发展，在客车开发设计中要把NVH特性融入到每个系统环节中，提高设计的核心技术，引进国外先进技术，提高自主研发水平，为人们设计出舒适、优良的客车。

参考文献

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