某商用两缸柴油车NVH性能开发研究与应用

庞敬超，韦斯洋，陈捷

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

某商用两缸柴油车NVH性能开发研究与应用

庞敬超，韦斯洋，陈捷

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

针对两缸柴油车的整车NVH要求，为了得到契合法规需求的数据及整车设计的合理性，从研发设计阶段开始，通过制定开发流程及方法，在理论设计上满足NVH开发目的需求，再到样车试验反复验证。利用LMS对比分析问题根本来源，并根据CAE数据和试验数据对设计参数进行修正，由问题分析结果制定最优设计方案。结果表明，该开发流程高效完成了该两缸柴油整车的NVH开发。

两缸；柴油机；NVH；流程方法；振动

随着汽车工业的发展，整车NVH性能对汽车品质的影响占据了主导地位，左右着消费者的选择倾向，也逐渐成为了国际及各国家的强制性法规要求。基于N1系列两缸柴油车的立项开发，因柴油燃烧的爆震性，往往产生的内外噪达不到法规要求，乘坐舒适性也无法得到保证，必须寻求一种设计方法流程，提前消除因各种原因引起的整车NVH性能问题。

目前还没有相关资料显示有对两缸柴油商用车的NVH进行研究的先例，本文着重研究N1系列两缸柴油车发动机引起的车身NVH性能开发与应用，以解决两缸柴油发动机引起的振动噪声问题。汽油发动机相比柴油发动机NVH性能表现要稳定得多，而两缸柴油车发动机因重量偏低，重心位置难以均衡，产生的震动较四缸柴油车发动机更严重，可想而知，其NVH表现性能较汽油车相差巨大。因此，在动力系统已经定型的情况下，必须事先从车身设计方面开始寻求优化的解决方案来实现两缸柴油车的NVH目标。建立了激励源-传递系统-响应系统NVH开发流程模型，将NVH性能嵌入到整车设计开发当中，对每一个相关零件进行潜在分析，根据分析结果优化设计数据，同时借助计算机CAE模拟分析，并通过实车验证设计的有效性。最终成功完成了此车型的NVH开发。

1　NVH开发模型的建立

因整车工作工况非常复杂，最终产品体现出来的NVH性能问题分析解决非常耗时且需大量资金支撑。NVH开发模型的建立大大缩短了整车的开发周期，降低了整车开发成本，将大部分NVH问题在设计阶段消除。

此两缸柴油车是基于N1平台开发的商用车型，为了验证此NVH开发模型的有效性，在此两缸车设计开发的同时，在N1系列车汽油车数据基础上，设计了一台按照传统设计流程开发的OTS车，用以作为参数对比。如表1所示。

表1　根据NVH模型建立的部分车身数据与传统设计的车身数据变化对比

2　试验分析验证

通过设计阶段的分析，整车制造出来之后，针对可能会影响整车NVH表现性能的几方面进行了试验验证。

2.1车架地板加强梁前后更改对比内容（表1中第1项）

汽车在使用过程中要承受扭转、弯曲等多种载荷的作用。如果车身刚度设计不合理，车身会容易被激励起来。某些部位在低频率范围内产生局部共振，进而引起车室内的轰鸣。根据车身弯曲刚度公式（1）和扭转刚度公式（2），在轴距一定的情况下，加载一定的外力时，车身弯曲刚度与加载点位移量具有相关性，而扭转刚度与扭转角度具有相关性。

其中：EI为车身的弯曲刚度；W为载荷；a、b分别为前车轴中心、后车轴中心至加载点的距离；δ为加载点的位移。

其中：GL为扭转刚度；F为外力；tr为加力点间的距离；L为轮距；θ为转角［1］。

根据公式中各特征之间的相关性，在地板中间增加横梁来加强地板的动态刚度，可有效减小由外力或激振引起的车身变形，提高振动噪声表现。据此，对有、无后地板加强梁的整车进行NVH测试，通过对比分析测试数据，来确认不同设计之间的差异性，择选优化方案。图1到图3为实车对比实验测试。

图1　全油门加速驾驶员耳旁噪声

图2　全油门加速第二排座椅处地板振动

图3　怠速驾驶员耳旁噪声及2、3排地板振动

图1-2中，实曲线①是增加地板加强梁的测试数据，实曲线②是未加地板加强梁的测试数据，图3中实曲线①③是增加地板加强梁的测试数据，虚曲线②④是未增加地板加强梁的测试数据，由测试数据可知：

（1）驾驶员耳旁噪声（见图1）：2、3档加速工况下，在后地板处增加加强梁对噪声有改善；怠速关空调时，在后地板处增加加强梁噪声变化不明显，怠速开空调时增加加强梁之后有较好改善。

（2）第二排座椅地板振动（见图2和图3）：在2-3档WOT工况下，增加加强梁对振动水平都有很大改善；怠速开/关增加加强梁对振动水平改善明显。

结果表明，对后地板增加地板加强梁的设计数据对整车NVH性能的优化显示了重要作用。

2.2发动机悬置安装点位置更改前后对比（表1中第2项）

动力总成是汽车振动和噪声最主要的激振源。为了减小动力装置传递到车身的振动，发动机悬置起着非常重要的作用［2］。在工程中，悬置的传递率要么通过实验得到，要么通过有限元计算方法得到。悬置传递率的计算公式如下：

式中，TdB为传递率；Aa为主动加速度；Ap为被动加速度。

因整车的惯性及结构影响，不同位置的悬置受到的被动加速度有一定差异。由上式可知，悬置安装位置的不同，对整车的振动与噪声的传递会产生不同程度的影响。

因此，对于发动机悬置位置点不同的两台样车（原状态与悬置前移5 cm的状态对比），分别在噪声方面进行了测试：（1）驾驶员右耳侧全加速噪声；（2）后排全加速噪声；（3）发动机舱全加速噪声。在振动方面分别测试了：（1）方向盘全加速振动情况；（2）司机座椅全加速振动情况；（3）中间地板全加速振动情况。测试结果如表2～5所示。

表2　怠速关空调噪声对比

表3　怠速开空调噪声对比

表4　怠速关空调振动对比

表5　匀速80km/h振动对比

从振动噪声整体来说，车内2 500 rpm以后，悬置靠后方案车内振动噪声大幅劣于悬置靠前方案。因此，应用悬置靠前方案对整个加速过程振动噪声控制非常有利。

2.3悬置固定点数量更改对比（表1中第3项）

按照NVH模型设计理念，对优化后的悬置进行CAE模拟分析。以发动机悬置装配点为约束界面，在托架与发动机的连接处加载激励，分析不同固定点支架动刚度的差异性。图4为悬置约束加载条件示意图，图5为其模态分析。其中D09（2014.06.25）为原状态6安装点悬置方案，（2014.11.09）为10点安装点新方案。模态分析结果对比如表6所示，动刚度分析结果对比如表7所示。

图4　托架悬置CAE约束加载示意图

图5　发动机托架悬置分析模态

表6　模态分析结果对比

表7　动刚度分析结果对比

由分析结果可知：

（1）10点安装点新方案（2014.11.06）与6点原状态D09（2014.09.25）的弯梁上下摆动模态比原状态方案降低了13.5 Hz，左悬置上下摆动和右悬置上下摆动分别提高了134 Hz和178.6 Hz.

（2）10点安装点新方案（2014.11.06）相比6点原状态D09（2014.09.25）方案，其左，右悬置Y，Z方向的动刚度都有较大幅度的提升；X方向动刚度均下降较大，但该方向动刚度仍然在1 000 N/mm以上。

因此，10点悬置点安装方案在整体表现上大大优于原状态方案。

3　结束语

针对N1两缸柴油车的生产研发，为了达到国家NVH法规标准，依据零件及材料物理模型建立一套NVH开发流程，并运用CAE分析相结合的方式，嵌入到数据建模优化中，在设计阶段最大可能完善整车NVH性能。最后根据整车实验验证设计的合理性和缺陷性，同时基于NVH开发模型逆向解决部分遗留问题。结果表明，所提出的商用两缸柴油车NVH性能开发与应用很好地解决了此车型的内外噪及振动等疑难问题，为整车的研发立项与投产奠定了基础。

［1］刘显臣.汽车NVH综合技术［M］.北京：工业机械出版社，2014：298

［2］童东红，郝志勇.基于6σ方法的悬置系统能量解耦与稳健设计［J］.汽车工程，2015，（37）：194.

Research and Application of NVH Performance of a Commercial Two Cylinder Diesel Engine

PANG Jing-chao，WEI Si-yang，CHEN Jie
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Aiming to NVH requirement of two cylinder blocks diesel engine，via making development process and methods to achieve field at design stage.Then test it again and again on the protype car，analyze original problem through LMS software.Base on analysis data and test data to modify design data for optimizing vehicle performance.As a result，the development process and methods meet the demand of 2-cylinder diesel engine NVH development.

2-cylinder；diesel；NVH；process；vibration

U461.4

A

1672-545X（2016）08-0080-05

2016-05-18

庞敬超（1985-），男，黑龙江人，本科，工程师，研究方向：汽车总装及整车相关性能。