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某车型WOT工况下车内噪声的诊断与优化

2017/8/22    来源:互联网    作者:黄新华  苟黎刚  门永新  朱凌  郭志伟      
关键字:噪声传递函数  节点贡献量  传递路径分析  
本文对某车型的NTF性能开展了预测,并基于传递路径分析(TransferPathAnalysis,TPA)对其实施了优化,提出了多个优化方案均使NTF峰值下降,最终使WOT工况下的耳旁声压级峰值下降3.5dB(A)。

    0 引言

    NVH(Noise,VibrationandHarshness)性能是目前汽车领域中的热门研究课题,影响着乘客的乘坐舒适性及购买欲。随着汽车行业竞争的日益剧烈,客户对NVH性能的要求也越来越高。

    在整车开发阶段,基于CAE技术预测整车振声性能已经成为各汽车主机厂NVH性能开发的主要手段。现阶段,在中低频(200~300Hz以下)NVH性能研究中,常规分析项包括模态、接附点动刚度、振动传递函数、噪声传递函数、整车路噪及发动机噪声分析,其中噪声传递函数(NoiseTransferFunction,NTF)是反映整车NVH水平的重要指标。研发人员可以从NTF峰值及其频率对应的模态中获取产生结构或声腔共振的详细信息,这对合理设计车身结构、解决结构动态性能缺陷,从而使振动和噪声水平控制在目标范围内,具有重要的指导意义。

    本文对某车型的NTF性能开展了预测,并基于传递路径分析(TransferPathAnalysis,TPA)对其实施了优化,提出了多个优化方案均使NTF峰值下降2~3dB;最终,将优化方案组合后应用于整车有限元模型中,使W0T工况下的驾驶员耳旁声压级峰值降低3.5dB(A),证明了方案的有效性。

    1 整车有限元建模

    整车有限元模型由约300万个单元组成(如图la所示),主要包括内饰车身(TrimmedBody,TB)、底盘系统、发动机当量模型和附件系统。本文中,内饰车身主要用于求解NTF,而整车模型用于验证优化方案对于发动机WOT工况下的车内噪声的有效性。

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    图1 整车有限元模型和车内声腔有限元模型

    在项目条件允许的情况下,车身模型最好经过模态试验的验证。模态对于车身的动态特性及车内的振声性能均有非常重要的研究意义,主要体现在以下2个方面:

    (1)模态是低频NVH中最重要的研究内容,车身的弯曲与扭转模态、转向和座椅系统的模态是否满足设计需求,基本上决定了汽车运行过程中是否会发生共振,从而影响乘坐舒适性;

    (2)模态作为结果的固有属性,试验与仿真模态的频率和振型可以进行对比,从而验证车身有限元模型的精度,在较大程度上保证后续车内振声响应预测的精度。

    此外,为了预测车内声学响应,若采用有限元法,则需要建立车内声腔的有限元模型,如图1(b)所示。声腔单元节点位移的变化,即为声压,对其取级后得到声压级结果。

    2 车内噪声分析

    2.1 传递路径分析

    所谓传递路径分析(TPA),是指通过仿真或试验来跟踪由源经过一系列已知结构或空气传播路径传递到指定接收点能量流的方法。TPA的目的,是为了评价由源到接收点每个路径能量的矢量贡献,从而确定为了解决特定的问题,路径上哪些部件需要优化,从而高效地达到性能目标。

    TPA的基本原理基于假设,即来自不同路径的所有部分贡献构成了总响应。

    2

    由公式(2)可知,传递路径分析需进行传递函数和实际激励测量。

    2.2 车内噪声分析

    以吉利某整车发动机全油门加速工况(Wide-openThro111e,WOT)为例,在发动机惯性激励与燃烧激励的耦合作用下,发动机当量模型将激励传递至悬置和底盘驱动系统,与车身模态耦合后得到车内的振动与辐射噪声。如图2所示为WOT工况下的驾驶员右耳旁声压级总值、二谐次声压级和四谐次声压级随着转速变化的结果。从图中可以看到,在3500rpm和4500rpm附近(对应的二谐次频率为117Hz和151Hz),声压级出现了峰值并明显超出目标线。

    3

    采用传递路径分析(TPA)和节点贡献量(GPA)诊断后发现:

    (1)W0T工况下,4650rpm的声压级峰值主要贡献路径为发动机右悬置,贡献量占76%,如图3所示;

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    图3 发动机2阶激励主要路径贡献量百分比

    (2)噪声传递函数(NTF)结果显示发动机右悬置Z向达到了前期设置的目标值55dB,如图4所示;

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    (3)在151Hz下,发动机当量模型传递到右悬置的力是其他主要接附点的3倍,如图5所示;

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    图5 发动机传递到主要接附点的力(151Hz)

    (4)发动机右悬置151Hz频段的动刚度基本达到目标值>15000N/mm,如图6所示。

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    图6 151HzNTF(噪声传递函数)柱状图

    综合以上分析,要解决WOT工况下151Hz的噪声问题,应该从贡献量最高的发动机右悬置着手。最佳的方法是在是实车调校阶段,降低右悬置刚度并重新解耦;而在CAE仿真分析阶段,可以尽量降低NTF的峰值,优化噪声的传递。虽然NTF已经接近达到55dB的目标值,但由于激励力太大,需要更优的NTF来改善噪声被过多放大的状况。

责任编辑:张纯子
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