基于NV H的客车开发构想

田静

（东风汽车有限公司 东风商用车技术中心，武汉 430056）

随着我国国民经济的快速发展，路面条件的不断改善，客车在整个交通工具的运量中所占比例越来越高。在竞争激烈的客车市场上，作为用户直接感受的汽车舒适性、噪声控制的主要评价参数NVH已成为评价汽车性能的重要指标，其重要性等同于安全性、燃油经济性和排放等性能。在客车行业内，同档次车型在常规性能方面的综合“性价比”越来越接近，提高客车NVH控制水平就成为新的核心技术竞争力。客车的NVH性能也就成为了决定车型开发成功与否的重要影响因素之一。

1 客车开发流程的现状和NVH问题

现有的客车产品开发流程，在产品调研初期，根据用户需求特性分析设定各项量化性能指标：动力性、经济性、安全性、制动性、通过性等参数。在产品详细设计阶段，围绕设定的各项性能指标，开展整车及各系统分析计算、结构优化。在产品开发后期，通过实车试制、性能试验和用户使用试验来验证各项指标的达成情况。

从图1中可以看出，NVH的开发与控制未纳入到新车型设计流程的关键环节中，流程中缺乏明确NVH控制指标及设计分析控制，直至实车测试、或推向市场后才发现，NVH品质成为影响到整车综合性能的主要因素。

分析整理现有的客车整车试验报告发现，很多实车都不同程度的存在NVH性能不足的问题，但在实车完成后又无法采用更有效的手段来解决。下面通过分析某款客车存在的NVH问题为例，详细说明现有开发流程中对整车NVH性能控制的不足的问题。

2 客车NVH问题实例分析

2.1 客车实例车型简介

某车型定位为高档客车。按照常规客车开发流程，经过预研阶段广泛调研、项目可行性分析，确定产品各主要性能指标，见表1。

表1 主要性能指标

表2 实车NVH问题分析

表3 动力总成悬置系统优化前后车内主要测点加速度对比

表4 悬置系统优化前后发动机总成隔振率数据

2.2 实车NVH问题描述及分析

开发过程中，为确保车内外噪声指标的达成，从新结构、新材料、新工艺等方面考虑各种降噪措施的应用。如设计新型发动机舱结构隔热降噪；电控硅油风扇降低风扇噪音；车身轮鼓包耐石击及阻尼涂料；隔音降噪新材料在车身结构中的应用等。但实车装配完成后，经主观评价测试后仍存在若干噪声及振动问题（见表2）。

逐一分析、查找原因，存在的NVH问题主要涉及发动机、底盘和车身等系统，而各系统NVH问题之间又是密切相关、互相影响的。如有些NVH问题不能通过本系统的局部措施来有效解决，对实车问题4分析：排除发动机本身性能不成熟的因素，就必须综合底盘、车身系统共同解决。

又如有些底盘NVH的改善措施，也同样会降低发动机NVH问题，对问题1通过在实车上实现动力总成悬置系统优化后，不仅明显消除了“怠速工况下方向盘发抖、地板振动”、“加速时地板振动增大”等问题，同时“发动机启动、停机时，抖动剧烈”也明显改善。测试得到“动力总成悬置系统优化前后车内主要测点振动数据”（见表3）和“悬置系统隔振数据”（见表 4）。

对比ISO 2631中的“振动量级与主观评级之间的关系”，表3中优化后车内主要座椅振动舒适性都满足人体舒适度的要求，NVH改善明显，优化比率较高。与此同时表4的测试结果也表明，优化后发动机总成悬置平均隔振率标准差减小，前后悬置隔振率均衡，发动机怠速时隔振有效提高，发动机启停机抖动得到了有效衰减。

分析实车存在的其它NVH问题：

主观评价底盘NVH问题：静止加速、行驶加速时发动机振动大，1 400 rpm时车身共鸣声。

实车客观测试NVH问题：直线行驶工况下某座位座垫处振动测试，在五挡60 km/h时存在数据异常。见表5数据。

表5 某座位座垫处振动测试数据

分析共振和振动异常点主要有以下可能：

1）车身(或车架)的固有模态也存在与五挡时传动轴转速的激励频率对应的模态；

2）在五挡时发生的振动，且速度不一样，可能是变速箱本身的传动引起，需要台架试验：变速箱或动力总成；

3）数据测量处理异常等。

除第3个因素外，第2个因素所需振动源数据，必须通过动力总成台架试验获得；第1个因素的分析，需要提供开发设计阶段车架、车身或传动轴的模态数据，但由于在产品开发阶段未设定NVH指标，现在从实车上获得数据几乎无法实现。现在要进一步开展NVH问题解决就异常困难，如果不能彻底查清振动源，还可能会带来此消彼长的NVH问题。由此可以看出按照传统客车流程开发，常会出现上述无法控制的NVH问题。

3 客车NVH开发构想

3.1 基于NVH的客车开发流程构想

上述实例告诉我们，解决客车NVH问题的实质是在开发中要设计和解决控制达到的性能的问题，而不是实车出现问题再解决或产品进入市场后“亡羊补牢”的工作。而按照常规的没有NVH控制目标的客车开发流程，其NVH性能很难达到满足客户需求的。解决客车存在的噪声、振动和共鸣等问题是一项涉及到整车的系统性工程，必需在设计开发的各个阶段引入NVH的重要指标来衡量，才能有效控制车辆的NVH设计水平，见图2。

在产品定义（概念设计）阶段，就要充分考虑整车NVH性能需求，设定NVH性能目标；在设计和开发阶段，分解整车、系统和部件的NVH性能，同时结合CAE分析进行各零件、部件和整车的NVH性能的分析；在产品验证阶段，配合进行NVH性能测试；在生产、市场销售环节，解决并处理生产和用户的NVH问题。

3.2 NVH开发的第一阶段—目标设定与分解

在客车概念设计阶段，主要目标是制定总体技术指标。这一阶段应将NVH性能作为一个重要性能指标提出，并分解到各子系统直至到部件级和供应商。这一工作是决定客车NVH性能的关键一步。

影响整车级NVH性能目标制定的具体因素有：

1）满足顾客需求的振动噪声舒适性水平，了解用户常用工况和路况下的振动噪声目标，同时满足用户对声品质的需要；

2）满足政府对振动噪声法规标准；

3）新开发车型，必须认真研究目标样车的产品；

4）了解外购系统和零部件的NVH水平。

整车NVH目标的制定需综合考虑以上四个因素，同时对设定目标样车，应用Benchmarking技术，采用主观评价、客观测试评估的方法，了解和掌握目标样车的NVH性能，建立开发车型的NVH性能标杆，还要研究市场用户的需求，建立各种工况状态下的整车级目标，如：整车模态分布表，怠速、匀速、全加速等工况噪声与振动目标等等。

汽车上各个系统是相互连接在一起，相连接的系统模态一定要分开，否则会发生共振。在开发设计过程中，各个系统的开发设计既相互关联又相互独立。因此，在产品开发初期就需要规定各个系统的模态频率范围，并把相连接系统或部件的模态频率分开，制定模态分离策略—模态分布表。

整车级NVH目标制定后，将其分解到子系统和部件，这是一个理论与实际经验相结合的过程。开发一款新客车，需要设定几百个NVH目标，需要坚持以下几个原则：

1）目标分解是自下而上和自上而下的双向过程；

2）在整车NVH目标确定的情况下，需要平衡各个系统的NVH指标；

3）NVH目标必须与其他性能指标平衡。

各子系统NVH目标主要有如下内容：动力总成、传动系统、车身结构、进排气系统等等NVH目标、及相关声品质目标。

3.3 NVH 开发的第二阶段—目标实现

这一阶段也是车型详细设计开发过程，通过系统零部件的多方案设计建模、仿真分析，达成及验证其设计目标性能。

首先根据各级NVH目标，确定各目标实现的技术方案。研究车辆NVH性能首先必须研究NVH设计的技术和方法。对NVH性能的研究主要有以多体系统动力学(MB)、有限元方法(FEM)、边界元方法(BEM)、统计能量分析(SEA)法等分析方法为主要内容的CAE技术等。

因整车和系统及部件之间具有复杂的动态关系，可以用数学模型来描述，建立整车级各主要系统及部件的CAE模型，进行仿真分析。

其次，通过元件的结构设计实现子系统的性能目标。需完成确定每个元件的详细特征；进行各子系统研究的可靠性设计和多元化优化设计。

为保证车辆NVH目标的实现，要求各子系统目标的确定也要符合试验设计和可靠性设计的要求。最后，根据仿真分析及研究结果，对系统、子系统及零部件进行优化。在优化设计后，将最优结构安装在虚拟的模型样车上，并检查安装空间、成本和质量等因素，进行设计的改善和优化。

3.4 NVH开发的第三阶段—目标验证

客车产品开发后期，NVH设计与分析完成。当从数字化样车完成后，各项性能达成要求后，进行模型试制。试制前，需先完成各系统测试，判断是否满足系统NVH目标设计要求，确保数字模型与实车的一致性。

实车完成后，需要对比目标样车，进行NVH性能调试，判断是否达到最初的设定目标。

与样车的性能试验同步进行NVH性能测试。通过开展的主观评价、客观测试等方法，采集实车NVH性能数据，为进一步准确分析与修改NVH设计、优化NVH性能提供依据。重点关注部品质量对车辆NVH性能的影响。

4 结束语

NVH开发是一项必须与客车开发流程紧密相连的复杂的系统性工程，它要求在客车产品设计的各个阶段运用NVH设计和控制方法进行大量的工作。

随着计算机技术的高速发展，NVH的试验设备、仿真分析软件都日益完善，客车开发采用NVH的开发流程是很容易实现的。在客车开发中将NVH融入客车产品开发的各个环节，用有效的设计手段，提高核心技术的设计水平，提升客车商品的核心竞争力，我们的自主研发水平一定会有更大的进步和提高。

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