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NVH性能开发及仿真实战方法

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一、NVH 性能开发的挑战

NVH 性能开发面临的挑战众多,其中最为重要的就是成本和开发周期的挑战。NVH 性能开发过程也面临着周期性的挑战,整车开发周期不断缩短,从 36 个月缩减至 24 个月;详细设计阶段仿真分析和优化的周期压缩;ET 至 SOP 实车阶段 NVH 问题排查和整改的时间大大减少。

 

为应对更短周期、更低成本的整车开发,需要将 NVH 开发工作的重心再往前移,前移到概念策划阶段,减少设计和实车阶段的返工;提升 NVH 分析和设计方案的精准度,实现 NVH 的精细化开发;建立和完善整车级仿真分析能力,在早期对目标进行准确预测。

 二、NVH 开发前置的具体策略与方法

 1、设计提案:在产品设计之前,考虑对 NVH 性能的影响,对产品结构的选型、布置、尺寸空间等向产品部门提出设计建议,作为设计的参考; 

 2、设计提案:选型类提案 - 副车架选型

换代车型前后副车架与车身连接形式,刚性连接、柔性连接;

 

 前后副车架连接形式对整车 NVH 性能的影响识别;仿真 or 试验,前后副车架柔性、刚性方案适用性分析。

 表1 不同连接方案的对比


   

柔性连接方案

刚性连接方案

前副车架

对 150Hz 左右 路噪影响较大, 其它频段基本 没有影响;

更利于操稳与加 速性能;

后副车架

对路噪多个频 段影响大,有 效降低路噪水 平;

利于操稳;

选型方案

结合仿真验证,确认:前副车架采用刚性连接方案;后副车架采用柔性连接方案;


   

 3、设计提案:后悬架拉杆布置

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍表2 不同方案对指标的影响

拉杆结构形式

拉杆长 (mm)

拉杆模态(Hz)

拉杆模态(Hz)

车型 1(横置)

220

7.3

110

车型 2(横置)

187

11.6

148

车型 3(竖置)

75

77.4

230

设计车(竖置)

110

34.1

201

设计车(竖置)

120

28.5

195

 

 表3 不同方案对 NVH 性能的影响


   

方案 1

方案 2

优点

Z 向隔振好

拉杆模态高

缺点

拉杆模态低

Z 向隔振差

适用于

利于怠速振动

利于加速轰鸣

 4、设计提案:布置类提案 - 转向系统布置

 表4 仿真验证分析对比

拉杆结构形式

原状态

悬距缩短 30mm

模态变化

车型 1

36.8HZ

39.6Hz

2.8Hz

车型 2

36.9Hz

40.2Hz

3.3Hz

 

5、设计提案:布置类提案 - 驱动轴角度布置

普通节型驱动轴,夹角在大于 X 度时滑移力开始突变。因此驱动轴夹角需控制在 X 度内,或采用高成本的节型, 如 AAR 节型。

 

 表不同方案对指标的影响

测量值

测量空载

测量半载

测量满载

节型

车型 1

6.8°

5.5°

4.8

GI

设计车

设计空载

设计半载

设计满载

节型

车型 1

4.97°

设计半载

2.51°

GI


6、概念仿真:基于基础车,根据初版收集构想,完成设计方案的概念模型及性能仿真验证;

系统优化:结合激励源和响应目标要求,通过仿真分析实现系统或部件设计参数的最优设计,不同于传统的系统、零部件 NVH 指标的仿真分析;

 

7、悬置支架仿真优化

为了提高 NVH 开发质量,满足成本递减、周期缩短的整车开发需要,NVH 开发重心不断前移是今后 NVH 工作重要方向。


三、整车路噪仿真及优化方法

路噪仿真是车辆NVH开发的关键环节,其精度直接影响车内声学舒适性。当前主流的路噪仿真方法主要有以下几种(摘录41节路噪课程内容):
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1、方法1:第1种方法相对较为简便,直接从转向节或指定位置采集相应路况(50或60km/h)的加速度载荷,然后加载在仿真模型中的对应位置进行路噪仿真,可得到路噪仿真结果,如下所示:

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图1 方法1的路噪仿真与试验结果对比图

2、方法2:采用路面载荷谱(或VPG)加载,可以考虑轮胎结构的特性(如轮胎的模态、刚度、传递率等)。路面谱的建模方法及数据技巧,以及基于路面的整车路噪仿真建模及分析;

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图2 方法2的路噪仿真结果图
3、方法3:通过在轮胎接地点施加单位激励,与传递函数和PSD进行处理也可得到路噪结果,可以获取相对准确的结果,仿真操作容易。
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图3 方法3的路噪仿真结果图
4、方法4:通过实车载荷采集与数据驱动建模,将采集的加速度与传递函数通过逆矩阵的方法求解轮心的六个方向的载荷,再进行整车路噪仿真,可得到与试验精度较高的结果。该方法可以可以暂时不考虑前期无法获得的复杂轮胎模型,也不用轮胎对进行建模、对标、降阶及转换。通过轮心力的分析同样可以得到所关注的整车路噪问题。同时也可以进行传递路径分析,找到关注问题频率的关键贡献,如路径、安装点刚度、传递函数等,如图12所示。
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图4 方法4的转向节测点时域数据图
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图5 方法4的仿真转向节测点布置图
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图6 方法4的仿真模型传递函数创建图
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图7 方法4的轮心力反求流程图
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图8 方法4的轮心力反求误差诊断流程图
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图9 方法4的轮心力路噪仿真工况创建图  
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图10 方法4的路噪仿真结果处理图
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图11 方法4的路噪仿真与试验结果对比图
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图12 方法4的路噪TPA仿真结果图
5、方法5及6:通过动力学进行虚拟迭代计算整车路噪,可以和轮心力方法一样避开轮胎的特性,可以获取相对精确的结果。

四、模态轮胎建模简述,后续将会制作模态轮胎的建模和缩减方法的专题课程。

若要想考虑轮胎的特性,可以建立模态轮胎,通过轮胎三维建模,再通过测试进行仿真参数标定。模态轮胎主要包括CDTIRE和模态轮胎(通过ABAQUS建模及缩减)等。
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图13 模态仿真轮胎试验
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图14 某CDTIRE轮胎
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图15 某模态轮胎缩减结果
左图为ABAQUS非线性轮胎21.484Hz,右图为缩减模态轮胎21.48Hz

五、整车路噪优化流程

     通过仿真可以快速对路噪问题频率进行优化诊断,可通过拓扑优化方法、传递路径TPA优化及各种优化方法相结合,快速找出问题根源,进而提出有效的方案,图15为路噪TPA优化流程图。
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图16 路噪TPA优化流程图

六、丰富的案例细讲

      通过丰富的案例细讲,掌握路噪仿真的经验数据库和个人经验。《汽车NVH一本通》配套视频教程:汽车主机厂整车路噪仿真及优化实战应用41讲——全解汽车路噪工程仿真及优化技术,涵盖理论/路谱/建模方法及技巧/数据处理/优化方法及技巧/路噪仿真方法/噪声/ 优化策略技术。本课程理论与实际相结合,注重实际项目的实战, 希望对仿真学习者有所帮助。以下是课程大纲
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汽车NVH( Noise、Vibration、Harshness )在行业里素有“汽车玄学”之称,其中路噪NVH更加玄,《汽车NVH一本通》配套视频教程:汽车主机厂整车路噪仿真及优化实战应用41讲——全解汽车路噪工程仿真及优化技术,涵盖理论/路谱/建模方法及技巧/数据处理/优化方法及技巧/路噪仿真方法/噪声/ 优化策略技术。本课程理论与实际相结合,注重实际项目的实战,希望对仿真学习者有所帮助。

七、世界名车车身新技术


 
 
 
 
 
 
  
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来源:CAE之家
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首次发布时间:2025-05-29
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CAE之家
硕士 | CAE仿真负责人 个人著作《汽车NVH一本通》
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