车身结构及阻尼材料对汽车NVH性能影响研究

李直腾，胡桂金，欧阳军

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007；2.柳州五菱汽车工业有限公司技术中心，广西 柳州 545007）

车身结构及阻尼材料对汽车NVH性能影响研究

李直腾1，胡桂金2，欧阳军1

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007；2.柳州五菱汽车工业有限公司技术中心，广西 柳州 545007）

为改善某车型的NVH性能，对其车身结构进行研究与应变能分析，对抗石击胶的喷涂与沥青阻尼板的厚度进行优化，并进行NVH性能测试。测试结果表明，噪声声压级有较明显降低。对测试结果进行对比分析，得出两种阻尼材料优化方案的特性，并给出最优组合方案。该分析测试方法能够对其他车型的NVH性能改善提供参考。

振动与波；NVH；应变能；抗石击胶；沥青阻尼板

NVH是噪声（Noise）、振动（Vibration）、声振粗糙度（Harshness）的统称，是衡量汽车乘坐舒适性的重要指标[1]。近年来，各大整车制造企业和零部件制造企业都对汽车NVH性能尤为关注，并将汽车NVH技术作为重要的研究内容。影响NVH性能的因素很多，如发动机系统、传动机构、车身性能、隔音阻尼材料等等[2]。其中，车身系统是整车NVH系统的响应系，在整车NVH特性的研究中占有重要的地位[3]；而阻尼材料可以通过降低车身的高频振动，从而达到降低车内噪声的作用[4–5]。本文通过对某前置后驱MPV车型的车身地板区域进行NVH性能分析，对后地板区域的车身结构、阻尼材料进行研究，得出车身结构及阻尼材料对NVH性能的影响因素，从而提升整车的NVH性能。

1 车身结构研究

车身结构是车辆NVH性能的基础，车身的静刚度、动刚度、模态等参数均是影响NVH性能的重要因素。要分析局部区域对NVH性能的影响，首先要从结构上进行研究。对于文中研究的MPV车型，由于采用前置后驱结构，驱动桥的噪声很容易通过后地板传入车厢内，同时，驱动桥通过底盘安装硬点对后地板产生激励，使车身产生振动，从而影响NVH性能。

图1和图2为本车型后地板结构图，由图可见，车身地板为一整块，底部由2根纵梁和若干横梁组成。一般来说，地板本体厚度较薄，起到加强作用的是纵梁与横梁的加强结构。在横梁与纵梁之间，会存在无任何加强的区域（如图1中区域①－区域⑤），这些区域往往是振动较为明显的区域。在这几个区域中，区域①、⑤属于较大范围且无加强梁的区域，判断这几个区域的振动更为明显；区域②、③的范围较小或者存在加强板结构，判断这几个区域的振动稍弱。以上这些区域处于第二排乘客和第三排乘客的乘坐区域，其振动对这些乘客的影响尤为明显（如图2）。

图1 .后地板结构（仰视图）

图2 .后地板结构（俯视图）

① 第二排乘客乘坐区② 第三排乘客脚部放置区③ 第三排乘客乘坐区

2 应变能分析

为了验证以上的分析结论，对后地板区域进行应变能分析。应变能分析是一种CAE分析方法，能直观地找出汽车振动明显的区域，为后续的阻尼减振方案提供参考[6]。通过应变能分析，得出后地板区域的应变能分布结果，如图3所示。

图3 应变能分析结果

通过分析结果可知，应变能较大的区域分别对应图1中的①、④、⑤区域，而②、③区域的应变能较小，与结构分析的结果基本一致。应变能较大的区域在车辆行驶时的振动较大，是噪声产生的根源，在进行阻尼减振方案设定时需要对这些区域重点关注[6]。

3 阻尼减振方案

车身的振动是车身行驶过程中产生噪声的根本原因，在车身上增加阻尼材料可以有效的降低车身的振动，从而降低车内噪声。本文中用于研究的车型为前置后驱车型，如在后端地板区域增加阻尼减振材料可以很好地抵消驱动桥对车厢施加的振动，能够较好地改进NVH性能[7]。

车身上用于减振的材料一般有2种：抗石击胶和沥青阻尼板[8]。

3.1 抗石击胶优化方案

抗石击胶一般是用聚氯乙烯（PVC）制成，通过喷涂的形式，涂在汽车地板的底部，涂层强度高，耐碎裂、耐冲击，起到保护汽车底部涂层防止其生锈的作用，同时具有较好的阻尼减振功效[9]。图4为该车型最初的抗石击胶的喷涂区域，喷涂厚度为0.5 mm～1.0 mm。

图4 抗石击胶的初始喷涂区域

通过图4可以发现，在应变能相对较大的后端区域并没有进行抗石击胶的喷涂，且0.5 mm～1.0 mm的喷涂厚度偏小。为提升NVH性能，可对抗石击胶进行如下更改：

1.在后端应变能较大区域补充喷涂抗石击胶，如图5所示；

2.将后地板所有区域的抗石击胶的厚度提升至1.0 mm～1.5 mm。

图5 抗石击胶的新喷涂区域

进行更改后，再测试NVH性能，分别对第一排、第二排、第三排乘客位置进行噪声声压级测试，结果如图6－图8所示。

图6 第一排乘客位置噪声测试结果（更改抗石击胶）

图7 第二排乘客位置噪声测试结果（更改抗石击胶）

图8 第三排乘客位置噪声测试结果（更改抗石击胶）

根据测试结果得出，增加抗石击胶的喷涂区域和厚度之后，第一排乘客的噪声声压级降低2 dB～3 dB，第二排乘客的噪声声压级降低约1 dB，对于第三排乘客，在发动机转速为2 000 r/min～2 300 r/min处有明显升高，经查为传动轴不平衡引起，除此之外，其噪声声压级降低2 dB～4 dB。

由测试结果可知，增加抗石击胶的喷涂区域和厚度对降低车内的噪声有较明显的效果。

3.2 沥青阻尼板优化方案

更改抗石击胶后，其测试结果表明NVH性能有所改善，但噪声声压级仍较高，而且当发动机转速在2 500 r/min左右时，噪声声压级存在一个峰值，即在此转速下的噪声更为明显。因此，可通过更改沥青阻尼板来再次改进NVH性能。

沥青阻尼板指的是使用沥青作为原料的阻尼片，贴在车身内表面。作为一种黏弹性材料，沥青阻尼板使用热熔的方式使其紧贴在车身的钢板壁上，起到减少振动、降低噪声的作用[10–11]。因沥青阻尼板布置在车内，要避开座椅、安全带等安装点的位置，故往往无法完全覆盖住车内地板，其沥青阻尼板的布置区域如图9所示。其中，阻尼板①、④、⑤分别是应变能较大的区域，在此区域布置可明显降低地板的振动；而②、③则是第三排乘客的脚部放置区域，此区域布置沥青阻尼板可明显降低乘客脚底感受到的振动感。

图9 沥青阻尼板布置

对于沥青阻尼板而言，厚度越大，其抗阻尼性能越好，为了再次改进NVH性能，可增加沥青阻尼板的厚度，将阻尼板①－⑤的厚度由3 mm改为5 mm，并进行噪声声压级测试。噪声声压级测试结果如图10～图12所示。

图10 第一排乘客位置噪声测试结果（更改沥青阻尼板）

图11 第二排乘客位置噪声测试结果（更改沥青阻尼板）

图12 第三排乘客位置噪声测试结果（更改沥青阻尼板）

根据测试结果得出，增加沥青阻尼板厚度之后，第一排乘客的噪声声压级降低1 dB～2 dB，发动机转速2 500 r/min左右的峰值降低2 dB；第二排乘客的噪声声压级降低约1 dB～3 dB，发动机转速2 500 r/min左右的峰值降低3 dB；第三排乘客的噪声声压级降低约1 dB～4 dB，发动机转速2 500 r/min左右的峰值降低4 dB。

4 对比分析

以上的测试结果表明，优化抗石击胶的喷涂和增加沥青阻尼板的厚度，均能较为明显地减小地板的振动，降低噪声，从而改善NVH性能。

通过对比，2个方案的降噪效果基本一致，但更改沥青阻尼板方案的重量和成本均为更改抗石击胶方案的2倍左右，故更改抗石击胶的性价比更高。

但同时，抗石击胶的另一个作用是保护汽车底部涂层防止其生锈，故喷涂范围较大，且因喷涂工艺的一致性要求需要在各个区域均匀喷涂；而沥青阻尼板可以有针对性地在应变能较大的区域进行布置。

因此，为了能达到最优的效果，可以根据车身底部的防护要求在喷涂一定厚度的抗石击胶后，再根据应变能分析结果等要求有针对性地布置沥青阻尼板。

5 结语

以提高某MPV车型的NVH性能为目的，对车身结构和阻尼材料的性能进行分析。通过CAE应变能分析结果，得出了地板上振动较大的区域，对这些区域上的抗石击胶和沥青阻尼板进行优化。经过试验测试，可以得出阻尼材料在提升汽车NVH性能上的效果。通过两种阻尼材料的降噪效果对比，可以看出抗石击胶的性价比更高，但其受限于其他功能以及工艺，无法根据应变能分析结果进行针对性喷涂；而沥青阻尼板则反之。故两种阻尼材料应配合使用方能达到最优的效果。该方法同样适用于其他车型，可为其他车型的NVH性能提升提供参考。

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Study on the Influence of Body Structures and Damping Material Properties on NVH Performance of Vehicles

LI Zhi-teng1,HU Gui-jin2,OUYANG Jun1
(1.Technical Development Center,SAIC-GM-WulingAutomobile Co.Ltd., Liuzhou 545007,Guangxi China; 2.Technical Development Center,Liuzhou WulingAutomobile Industry Co.Ltd., Liuzhou 545007,Guangxi China)

In order to improve the NVH performance of a vehicle,its body structure and strain energy are analyzed. Then,the stone crash protection coating and bitumen deadener are optimized and the NVH performance is tested.The test results show that the sound pressure level is obviously reduced after the optimization.According to the comparative analysis of the test results,the features of the two damping materials are obtained and their optimal combination scheme is provided. The analysis and test method provide a reference for NVH performance improvement of some other type vehicles.

vibration and wave;NVH;strain energy;stone crash protection coating;bitumen deadener

U461.4

：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2017.03.026

1006-1355(2017)03-0131-04

2016-11-15

李直腾，男，广西柳州市人，硕士生，工程师，主要研究方向为汽车车身设计、汽车阻尼材料研究。E-mail:zhiteng.li@sgmw.com.cn