前言
NVH( Noise、Vibration、Harshness )是衡量汽車(chē)制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性問(wèn)題,它給汽車(chē)用戶(hù)的感受是最直接的。有統(tǒng)計(jì)資料顯示,整車(chē)約有1/3的故障問(wèn)題是和汽車(chē)的NVH問(wèn)題有關(guān)系,而各大汽車(chē)企業(yè)有近20%的研發(fā)費(fèi)用花費(fèi)在解決汽車(chē)的NVH問(wèn)題上。在汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)過(guò)程中,仿真是其中非常重要的一部分,可以在前期進(jìn)行性能分析和改善,在后期可提供方向指導(dǎo)和建議參考。
一、NVH的重要性
首先我們必須來(lái)理解一下NVH的重要性:
NVH的好壞是顧客購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的一個(gè)非常重要的因素;
NVH影響顧客的滿(mǎn)意度:在所有顧客不滿(mǎn)足的問(wèn)題中,約有1/3是與NVH有關(guān);
NVH影響到售后服務(wù):約1/5的售后服務(wù)與NVH有關(guān)。
NVH開(kāi)發(fā)是一個(gè)目標(biāo)制定-分解-驗(yàn)證的過(guò)程
Benchmark分析
——數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)
——競(jìng)爭(zhēng)車(chē)的比較測(cè)試與分析(主觀(guān)與客觀(guān))
目標(biāo)設(shè)定
——確定市場(chǎng)及競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)
——考慮成本、重量、與其他系統(tǒng)之間的平衡
——確定目標(biāo)
目標(biāo)分解
設(shè)計(jì)認(rèn)證
圖1 CAE在NVH開(kāi)發(fā)中的地位
圖2 NVH仿真的主要內(nèi)容
二、NVH仿真主要包括哪些內(nèi)容?
NVH仿真通常包括以下內(nèi)容
1、競(jìng)品車(chē) NVH分析;
2、目標(biāo)定義(根據(jù)競(jìng)品車(chē)和相近車(chē)型);
3、開(kāi)發(fā)車(chē)型NVH分析及優(yōu)化(包括開(kāi)發(fā)的前期各階段);
4、開(kāi)發(fā)車(chē)型的試驗(yàn)相關(guān)性及模型標(biāo)定;
5、實(shí)車(chē)問(wèn)題跟蹤及解決方案;
結(jié)構(gòu)NVH分析包括以下分析(不限于):
(1)車(chē)身骨架系統(tǒng)
車(chē)身模態(tài)分析、車(chē)身彎曲剛度分析、車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度分析、車(chē)身接附點(diǎn)動(dòng)剛度分析(包括底盤(pán)安裝點(diǎn)及附件安裝點(diǎn))、車(chē)身鈑金靈敏度分析、車(chē)身阻尼片布置分析、車(chē)身局部安裝點(diǎn)靜剛度分析(如座椅及安全帶卷收器)等;
NVH仿真通常包括以下內(nèi)容
(2)底盤(pán)系統(tǒng)
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)分析、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)分析、傳動(dòng)系統(tǒng)扭振分析、懸置系統(tǒng)模態(tài)分析、關(guān)鍵支架及系統(tǒng)模態(tài)分析等;
(3)Trimmed Body級(jí)
TB模態(tài)分析、GPA分析、PACA分析、FRF分析、聲腔模態(tài)分析、NTF分析、VTF分析、IPI分析(一般放在車(chē)身里分析,可在早期進(jìn)行優(yōu)化分析);
(4)整車(chē)級(jí)
整車(chē)模態(tài)分析、整車(chē)TPA分析、整車(chē)路噪分析(如怠速、加速分析)、動(dòng)力總成質(zhì)心靈敏度分析、整車(chē)Spindle靈敏度分析、傳動(dòng)軸不平衡分析、輪胎不平衡分析、整車(chē)Brake Shudder分析、整車(chē)Impact分析、整車(chē)?yán)鋮s風(fēng)扇不平衡分析等;
1、基本概念-NVH
NVH——Noise,Vibration,Harshness
Noise——噪聲
——主要分析頻率范圍:20-5000Hz
——通過(guò)頻率特性、幅值和品質(zhì)來(lái)評(píng)價(jià)
Vibration——振動(dòng)
——主要分析頻率范圍:0.5-50Hz
——通過(guò)頻率特性、幅值和方向來(lái)評(píng)價(jià)
Harshness——
——翻譯過(guò)來(lái)有如粗糙度、平順性等;?
——主要指的是由于振動(dòng)噪聲的綜合影響導(dǎo)致的粗糙、刺耳和不和諧的感覺(jué)
——主要與路面的激勵(lì)有關(guān)
——研究頻率范圍:低頻
圖3 傳遞函數(shù)定義
注:
1、車(chē)身靈敏度表征的是車(chē)身在外部激勵(lì)(振動(dòng)、噪聲)條件下產(chǎn)生響應(yīng)的程度;
2、對(duì)一個(gè)線(xiàn)性系統(tǒng)來(lái)說(shuō),靈敏度與輸入和輸出沒(méi)有關(guān)系;
3、但是對(duì)一個(gè)非線(xiàn)性系統(tǒng),靈敏度不僅與系統(tǒng)有關(guān),還與輸入和輸出有關(guān);
4、在工程上,可以把車(chē)身近似看成一個(gè)線(xiàn)性系統(tǒng),即從這層意義講,靈敏度反應(yīng)了車(chē)身系統(tǒng)的特征。
2、基本概念-傳遞函數(shù)(動(dòng)剛度IPI)
動(dòng)剛度分析方法一般采用模態(tài)頻率響應(yīng)方法,對(duì)車(chē)身某一點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì),得到同一點(diǎn)的響應(yīng),即為原點(diǎn)動(dòng)剛度。通過(guò)運(yùn)動(dòng)方程可得到動(dòng)剛度為:Kd=F/X,動(dòng)剛度是與激勵(lì)頻率有關(guān)的函數(shù),隨著頻率ω 的變化而改變,包含實(shí)部和虛部。
圖4 動(dòng)剛度定義
圖5 動(dòng)剛度分析結(jié)果
3、基本概念-傳遞函數(shù)(振動(dòng)傳遞函數(shù)VTF)
振動(dòng)傳遞函數(shù)分析的激勵(lì)點(diǎn)位置與動(dòng)剛度分析的激勵(lì)點(diǎn)位置相同,但是對(duì)于VTF分析而言,響應(yīng)點(diǎn)位置為座椅安裝點(diǎn)、換擋手柄、方向盤(pán)等。
圖6 振動(dòng)傳遞函數(shù)定義
圖7 振動(dòng)傳遞函數(shù)分析結(jié)果
(減震器左前安裝點(diǎn)-方向盤(pán)12點(diǎn))
4、基本概念-傳遞函數(shù)(噪聲傳遞函數(shù)NTF)
噪聲傳遞函數(shù)分析的激勵(lì)點(diǎn)位置與動(dòng)剛度分析的激勵(lì)點(diǎn)位置相同,但是對(duì)于NTF分析而言,響應(yīng)點(diǎn)位置為駕駛員、副駕駛員右耳位置、后排內(nèi)外耳等。
圖8 噪聲傳遞函數(shù)定義
圖9 噪聲傳遞函數(shù)分析結(jié)果
(減震器左前安裝點(diǎn)-駕駛員右耳)
5、車(chē)身安裝點(diǎn)動(dòng)剛度常見(jiàn)優(yōu)化方法簡(jiǎn)略
(1)接附點(diǎn)動(dòng)剛度是局部點(diǎn)剛度特性,在實(shí)際優(yōu)化過(guò)程中,可以結(jié)合應(yīng)變能、模態(tài)、ODS等,如將L形改為幾字形、開(kāi)口截面改為封閉截面、增加加強(qiáng)筋、優(yōu)化接頭、搭接合理、增加合適的加強(qiáng)件、厚度、……等。
(2)可以參考相近車(chē)型結(jié)構(gòu),如某車(chē)型右懸置與輪罩搭接,提升右懸置Y向動(dòng)剛度,這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)應(yīng)用非常普遍。
(3)動(dòng)剛度在整車(chē)NVH開(kāi)發(fā)中具有非常重要的地位和作用,其性能好壞直接影響整車(chē)NVH性能,在前期動(dòng)剛度分析中,特別是關(guān)鍵點(diǎn)的動(dòng)剛度最好能優(yōu)化到合理水平。
(4)應(yīng)變能:固體在外力作用下,因變形而儲(chǔ)存的能量稱(chēng)為應(yīng)變能。
圖10 應(yīng)變能基礎(chǔ)
圖11 某雨刮安裝點(diǎn)法向動(dòng)剛度優(yōu)化
(由199N/mm提升至876N/mm)
6、振動(dòng)傳遞函數(shù)常見(jiàn)優(yōu)化方法簡(jiǎn)略
(1)振動(dòng)傳遞函數(shù)分析能夠較為直觀(guān)的給出車(chē)身結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)激勵(lì)的響應(yīng)程度,在設(shè)計(jì)初期對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳遞性能進(jìn)行評(píng)價(jià),針對(duì)性能較差的路徑進(jìn)行識(shí)別,為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化指明方向。車(chē)內(nèi)噪聲對(duì)激勵(lì)大小的敏感程度,被成為振振傳遞函數(shù)或者靈敏度。
(2)車(chē)內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)(方向盤(pán)、座椅導(dǎo)軌、地板、換擋手柄等)對(duì)激勵(lì)大小的敏感程度;
(3)常見(jiàn)優(yōu)化方法:應(yīng)變能法、模態(tài)法、ODS、模態(tài)貢獻(xiàn)量法等;
圖12 VTF優(yōu)化方法-MPA優(yōu)化方法
7、噪聲傳遞函數(shù)常見(jiàn)優(yōu)化方法簡(jiǎn)略
(1)噪聲能夠較為直觀(guān)的給出車(chē)身與聲腔對(duì)結(jié)構(gòu)激勵(lì)噪聲的影響程度,為后續(xù)的噪聲結(jié)構(gòu)優(yōu)化指明方向。在外力的激勵(lì)下,車(chē)內(nèi)產(chǎn)生噪聲。車(chē)內(nèi)噪聲對(duì)激勵(lì)大小的敏感程度,被成為聲振傳遞函數(shù)或者靈敏度,
(2)人耳能聽(tīng)到20-20KHz的聲壓。人耳剛能聽(tīng)到的聲音叫聽(tīng)閥,聽(tīng)起來(lái)受不了的聲音叫痛閥。聲壓從可聽(tīng)閥到痛閥,范圍很大,為便于比較,噪聲大小用聲壓來(lái)度量,即由空氣壓力波動(dòng)的幅值來(lái)度量。通常用對(duì)數(shù)表示,稱(chēng)為聲壓級(jí)(dB),聲壓是標(biāo)量。
(3)常見(jiàn)優(yōu)化方法:GPA、PACA、MPA、模態(tài)法、ODS等;
圖13 GPA分析結(jié)果
圖14 懸置安裝點(diǎn)優(yōu)化結(jié)果
8、車(chē)身安裝點(diǎn)動(dòng)剛度優(yōu)化實(shí)操
Step by step演示操作動(dòng)剛度優(yōu)化流程以及結(jié)果后處理細(xì)節(jié)和方法。
圖15 動(dòng)剛度優(yōu)化實(shí)操結(jié)果
四、小結(jié)
1、剛度是指結(jié)構(gòu)或材料抵抗變形的能力。由于結(jié)構(gòu)或材料所受荷載的不同,可能受到靜載荷或動(dòng)載荷,因此,剛度又分為靜剛度和動(dòng)剛度。當(dāng)結(jié)構(gòu)或材料受到靜載荷時(shí),抵抗靜載荷下的變形能力稱(chēng)為靜剛度;當(dāng)受到動(dòng)載荷時(shí),抵抗動(dòng)載荷下的變形能力稱(chēng)為動(dòng)剛度。結(jié)構(gòu)或材料既有靜剛度又有動(dòng)剛度。白車(chē)身動(dòng)剛度分析所考察的是在所關(guān)注的頻率范圍內(nèi)該接附點(diǎn)的剛度水平,剛度過(guò)低可能會(huì)引起更大的振動(dòng)或噪聲;
2、振動(dòng)傳遞函數(shù)是NVH中的第一大影響,直接反映了人的觸覺(jué)的感受情況,像手握方向盤(pán)、座墊、地板、換擋手柄等;
3、噪聲傳遞函數(shù)是NVH中的第二大影響,直接反映了人的聽(tīng)覺(jué)的感受情況,像怠速、加速轟鳴等,直接的感受就是在某個(gè)頻率上或頻率段感覺(jué)非常難受。
通過(guò)NVH分析中的傳遞函數(shù)相關(guān)分析,要理解以下內(nèi)容:
(1)要理解傳遞函數(shù)分析的實(shí)際意義
(2)掌握常用傳遞函數(shù)的分析優(yōu)化方法
(3)在前期盡可能多做優(yōu)化,多提方案,后期實(shí)車(chē)問(wèn)題中,積極參與,充分體現(xiàn)NVH CAE的作用和價(jià)值等。
責(zé)任編輯:xj
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