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 NVH是什么

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（主觀與客觀）

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

原文標(biāo)題：車(chē)企為何20%研發(fā)預(yù)算花在NVH？淺談汽車(chē)NVH仿真！

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