1.概述

随着汽车工业的发展，人们对于汽车NVH的控制越来越严格。改善产品的NVH性能，满足用户的听觉、舒适和操作稳定性是汽车NVH领域研究发展的 方向。在整车开发设计过程，考察、研究、优化IP（仪表板）系统与转向系统的NVH是必不可少的。转向系统和仪表板系统是汽车车身的重要组成部分，这一系 统的振动、噪声能给人最直接的感受—安全、舒适和平稳。本文将其作为一个系统考虑，利用有限元的方法，对转向系统以及仪表板总成的振动频率进行分析和结构 优化，使之避开发动机的怠速激励频率，满足设计要求。

2.转向系统振动及其模态分析

2.1 转向系激振源分析

发动机怠速和路面不平度激励是导致转向系统和仪表台系统振动的主要原因，转向系统和仪表台系统的怠速振动主要是由发动机怠速工况下的往复惯性力激励产生，其频率与车辆搭载的发动机气缸数和怠速转速有关[2]。

四冲程发动机激振频率计算公式为：

其中， n 为发动机转速(r/min)；M 为发动机的气缸数目。

某四缸发动机的怠速转速为800rpm，激振频率为26.7Hz；空调开启时，怠速转速为850rpm，激振频率为28.3Hz。按照模态规划， 内饰车身(trimmed body)的一弯一扭模态应该在30-34Hz范围内。为了避开发动机怠速频率和内饰车身频率，方向盘的横摆或垂弯频率至少要不小于36Hz。

2.2 转向系统及仪表板模型处理

2.2.1 转向系统模型

转向柱和方向盘的频率变化是本案重点考察的对象，模型必须是详细的。万向节采用刚性连接同时释放相互之间的转动自由度，转向柱与方向盘采用刚性连接释放方向盘的转动自由度。转向系统的有限元模型见图1。

图1 某车型转向系统模型

2.2.2 仪表板横梁（CCB）模型

转向系统通过一支架a安装在CCB上。CCB两端有车身连接支架，中间有中通道连接支架b，电器盒支架、安全气蘘支架e以及IP连接支架c、d等。CCB有限元模型见图2。

图2 某车型仪表板横梁模型

2.2.3 仪表板系统模型

仪表台（IP）是汽车主要的内饰件。安全气囊、各种电子仪表、娱乐系统、手套箱以及金属支架均与IP有安装关系，这些非结构件以集中质量代替，分别通过各安装点连接其质心位置。仪表板系统有限元模型见图3。

图3 某车型仪表板总成模型

2.2.4 转向系统和仪表板系统组合模型

转向系统通过支架与CCB连接。仪表台通过CCB两端的支架与CCB连接，约束与车身连接点处的6个自由度。转向系统和仪表板系统装配后的有限元模型见图4。

图4 某车型转向系统+仪表板总成模型