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[车辆工程] 关于汽车NVH正向设计

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发表于 2020-5-15 13:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在说到正向设计之前,不得不提几句在此之前必须要做的工作,首先是产品的概念设计阶段,这需要做一个专业的市场调研,确定我们的新产品将来在市场上处于一个什么样的定位,作为NVH工程师,我们需要关注并知道领导层针对新产品的NVH性能是要达到什么水平,处于怎样的分数,我想这对以后的设计以及成本控制方面起到至关重要的作用。在确定benchmark车型接下来就是我们常说的目标设定。说起NVH的目标设定,那绝对是一个庞大的内容体系,因为它几乎涉及到了汽车或工程车的各个零部件,大到整车、车身、动力总成、进排气、轮胎、声学包等,小到泵、水油管等,目标需要具有合理性以及可实施性,这需要长期的数据积累,否则很容易被其他工程师挑战。
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目标的设定及分解完成后,我想就是将要说到的正向设计了。在拿到符合要求的CAE模型之后,NVH工程师就需要在自己负责的系统中进行虚拟分析,完成NVH的风险评估并提出切实可行的优化方案,使得后期在整车的开发制造中,NVH风险点都能处于可控的状态。

设计的过程其实是和目标的设定是息息相关的,分析的内容同样涉及到零部件、系统、整车。例如对于BIP的模态目标,就需要对BIP展开mode分析,并对分析的结果进行评价,对于不满足要求的还需要对其进行优化,已达到我们想要的NVH性能。

汽车或工程车对一些零部件都应该有自己的模态和刚度要求,比如底盘的控制臂、转向节、悬置支架或车身上的一些局部钣金件、油底壳等。比如轿车的悬置支架的模态要求一般在500Hz以上,较低的刚度可能会造成隔振率不足或者处于发动机的工作转速范围内,使得支架产生共振,导致车内噪声增大。此外轿车的四缸发动机总成的其他设计还有刚体模态、解耦、隔振率、空间布置、传递力要求,针对发动机解耦需要重点关注roll和bounce,一般要求在90%以上,刚体模态根据隔振理论,一般要求在6-17Hz之间,且有1-2Hz的频率间隔。
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系统级的分析,包括车身系统、动力总成、转向系统、进排气系统、底盘、声学包、风噪及内外饰等,其中车身系统又分为白车身级、TB及整车级,NVH工程师需要根据NVH规范对其进行相应的NVH性能虚拟评估,比如白车身有其模态、局部模态、阻尼垫位置、动刚度等要求,车身在设计过程中,经常会有许多不达标项,如扭转模态、弯曲模态等,我们还可以通过灵敏度分析、贡献量分析等,对于一些关键接头或者钣金件进行重点优化,进而提升整体的刚度。
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动力总成前面已有部分目标要求的赘述,此外,一款良好的动力总成可以从根源上控制NVH的振动和噪声问题,因此需要开展更深入的工作。比如发动机本体、变速箱、曲轴、活塞、缸盖等部件的模态分析以及振动传函、发动机及油底壳等噪声辐射,同时发动机的激励分析也需要在前期有一定的预测,进而能够预测整车级别性能,如怠速振动、加速噪声等工况性能。

转向及进排气的分析也有其自有的分析工况,比如进气系统中,进气歧管及消声原件的设计、空滤器容积的设定以及隔振设计,转向系统中为避免方向盘抖动所需要做的模态、振动传函等,排气系统与动力总成相连,其振动应该要控制在合理的范围内,否则很容易引起车内的booming,同时对通过噪声的影响也较大。其分析控制工况主要有模态分析、吊耳位置分析、吊耳动刚度、隔振率以及振动和噪声的传函、传递力分析等,以此来最终确定排气的布置方案和性能。
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底盘悬架以及轮胎等的设计也需要在前期做好正向设计,个人认为悬架及轮胎都具有典型的非线性特征,分析是具有不确定性的,尤其是轮胎,模态轮胎的精准建模是一项复杂且艰难的过程,轮胎本身有多阶模态,其最典型的就是其声腔模态,其频率大约在240Hz左右。再比如悬架的模态主要有Hop、Tramp、Walk,后期在做模态规划中,要注意避频。副车架一方面与车身连接,另一方面又承受着来自路面或者发动机的激励,其NVH性能的好坏直接影响到整车的表现,必要时为防止副车架模态共振会引起车内“嗡嗡声”的现象,前期需设计吸振器或者保护该空间的布置。

声学包对于车内噪声水平起着至关重要的作用,在设计开发初期,就对声学包进行开发及策略的制定,对汽车NVH性能开发有非常重要的意义,使得在设计初期就能评估不同声学包方案的优劣甚至对车内噪声的预测。作为阻隔噪声的重要屏障,对于声学包的正向设计,则需要分析各个子系统的TL以及其整车表现,有时需要做贡献量分析,当然在做此分析前,我们需要了解不同声学包材料及其吸隔声性能,并对此做相应的优化设计。
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以上只是个人针对汽车正向设计中的几个系统做的简单描述,由于篇幅和能力原因就不一一叙述了,不足之处还请大家不吝赐教。其实NVH的正向设计远不止这些,还有密封、异响以及内外饰系统、风噪等的前期评估,不得不说这是一个相当庞大的设计,用到的方法也多种多样,比如有限元、边界元法、统计能量、混合建模等等。当然前面有位前同事所说的模态综合法,建立整车模态分布表是正向设计中一个非常重要的环节,在这就不赘述了。NVH设计看似复杂多变,但我想作为NVH工程师,只要我们能认真对待设计中的每一个环节,把握住基调,一款舒适、安静的产品就会应运而生,我想人生也是如此,生活复杂多变,认真对待了,人生同样会被你“调教”的完美、舒适。在正向设计各项指标都在可控范围内就可以进行下一阶段,进行样车试制及性能验证了。
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