浅谈汽车NVH仿真！车企为何20%研发预算花在NVH？

前言

NVH（ Noise、Vibration、Harshness ）是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接的。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和汽车的NVH问题有关系，而各大汽车企业有近20%的研发费用花费在解决汽车的NVH问题上。在汽车NVH开发过程中，仿真是其中非常重要的一部分，可以在前期进行性能分析和改善，在后期可提供方向指导和建议参考。

一、NVH的重要性

首先我们必须来理解一下NVH的重要性：

• NVH的好坏是顾客购买汽车的一个非常重要的因素；
  

• NVH影响顾客的满意度：在所有顾客不满足的问题中，约有1/3是与NVH有关；

• NVH影响到售后服务：约1/5的售后服务与NVH有关。

NVH开发是一个目标制定-分解-验证的过程

Benchmark分析

——数据库数据

——竞争车的比较测试与分析（主观与客观）

目标设定

——确定市场及竞争目标

——考虑成本、重量、与其他系统之间的平衡

——确定目标

目标分解

设计认证

图1 CAE在NVH开发中的地位

图2 NVH仿真的主要内容

二、NVH仿真主要包括哪些内容？

NVH仿真通常包括以下内容

1、竞品车 NVH分析；

2、目标定义（根据竞品车和相近车型）；

3、开发车型NVH分析及优化（包括开发的前期各阶段）；

4、开发车型的试验相关性及模型标定；

5、实车问题跟踪及解决方案；

结构NVH分析包括以下分析（不限于）：

（1）车身骨架系统

车身模态分析、车身弯曲刚度分析、车身扭转刚度分析、车身接附点动刚度分析（包括底盘安装点及附件安装点）、车身钣金灵敏度分析、车身阻尼片布置分析、车身局部安装点静刚度分析（如座椅及安全带卷收器）等；

NVH仿真通常包括以下内容

（2）底盘系统

转向系统模态分析、动力传动系统模态分析、传动系统扭振分析、悬置系统模态分析、关键支架及系统模态分析等；

（3）Trimmed Body级

TB模态分析、GPA分析、PACA分析、FRF分析、声腔模态分析、NTF分析、VTF分析、IPI分析（一般放在车身里分析，可在早期进行优化分析）；

（4）整车级

整车模态分析、整车TPA分析、整车路噪分析（如怠速、加速分析）、动力总成质心灵敏度分析、整车Spindle灵敏度分析、传动轴不平衡分析、轮胎不平衡分析、整车Brake Shudder分析、整车Impact分析、整车冷却风扇不平衡分析等；

三、公开课-《汽车NVH分析中传递函数常用优化方法—车身安装点动刚度优化实操》

为了帮助更多的学员学好汽车NVH分析，笔者受仿真秀邀约特别定于2021年1月13日晚8点为大家带来公开课-《汽车NVH分析中传递函数常用优化方法—车身安装点动刚度优化实操》。

本次课分享内容

（1）汽车NVH分析中传递函数常用优化方法；

（2）传递函数在NVH分析中的作用和意义；

（3）动刚度（IPI）常用优化方法介绍；

（4）振动传递函数（VTF）常用优化方法介绍；

（5）噪声传递函数（NTF）常用优化方法介绍；

（6）实例-动刚度优化实操

（7）小结

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1、基本概念-NVH

NVH——Noise，Vibration，Harshness

Noise——噪声

——主要分析频率范围：20-5000Hz

——通过频率特性、幅值和品质来评价

Vibration——振动

——主要分析频率范围：0.5-50Hz

——通过频率特性、幅值和方向来评价

Harshness——

——翻译过来有如粗糙度、平顺性等；？

——主要指的是由于振动噪声的综合影响导致的粗糙、刺耳和不和谐的感觉

——主要与路面的激励有关

——研究频率范围：低频

图3 传递函数定义

注：

1、车身灵敏度表征的是车身在外部激励（振动、噪声）条件下产生响应的程度；

2、对一个线性系统来说，灵敏度与输入和输出没有关系；

3、但是对一个非线性系统，灵敏度不仅与系统有关，还与输入和输出有关；

4、在工程上，可以把车身近似看成一个线性系统，即从这层意义讲，灵敏度反应了车身系统的特征。

2、基本概念-传递函数（动刚度IPI）

动刚度分析方法一般采用模态频率响应方法，对车身某一点进行激励，得到同一点的响应，即为原点动刚度。通过运动方程可得到动刚度为：Kd=F/X，动刚度是与激励频率有关的函数，随着频率 ω 的变化而改变，包含实部和虚部。

图4 动刚度定义

图5 动刚度分析结果

3、基本概念-传递函数（振动传递函数VTF）

振动传递函数分析的激励点位置与动刚度分析的激励点位置相同，但是对于VTF分析而言，响应点位置为座椅安装点、换挡手柄、方向盘等。

图6 振动传递函数定义

图7 振动传递函数分析结果

（减震器左前安装点-方向盘12点）

4、基本概念-传递函数（噪声传递函数NTF）

噪声传递函数分析的激励点位置与动刚度分析的激励点位置相同，但是对于NTF分析而言，响应点位置为驾驶员、副驾驶员右耳位置、后排内外耳等。

图8 噪声传递函数定义

图9 噪声传递函数分析结果

（减震器左前安装点-驾驶员右耳）

5、车身安装点动刚度常见优化方法简略

（1）接附点动刚度是局部点刚度特性，在实际优化过程中，可以结合应变能、模态、ODS等，如将L形改为几字形、开口截面改为封闭截面、增加加强筋、优化接头、搭接合理、增加合适的加强件、厚度、……等。

（2）可以参考相近车型结构，如某车型右悬置与轮罩搭接，提升右悬置Y向动刚度，这种结构现应用非常普遍。

（3）动刚度在整车NVH开发中具有非常重要的地位和作用，其性能好坏直接影响整车NVH性能，在前期动刚度分析中，特别是关键点的动刚度最好能优化到合理水平。

（4）应变能：固体在外力作用下，因变形而储存的能量称为应变能。

图10 应变能基础

图11 某雨刮安装点法向动刚度优化

（由199N/mm提升至876N/mm）

6、振动传递函数常见优化方法简略

（1）振动传递函数分析能够较为直观的给出车身结构对振动激励的响应程度，在设计初期对结构振动传递性能进行评价，针对性能较差的路径进行识别，为后续的结构优化指明方向。车内噪声对激励大小的敏感程度，被成为振振传递函数或者灵敏度。

（2）车内关键点（方向盘、座椅导轨、地板、换挡手柄等）对激励大小的敏感程度；

（3）常见优化方法：应变能法、模态法、ODS、模态贡献量法等；

图12 VTF优化方法-MPA优化方法

7、噪声传递函数常见优化方法简略

（1）噪声能够较为直观的给出车身与声腔对结构激励噪声的影响程度，为后续的噪声结构优化指明方向。在外力的激励下，车内产生噪声。车内噪声对激励大小的敏感程度，被成为声振传递函数或者灵敏度，

（2）人耳能听到20-20KHz的声压。人耳刚能听到的声音叫听阀，听起来受不了的声音叫痛阀。声压从可听阀到痛阀，范围很大，为便于比较，噪声大小用声压来度量，即由空气压力波动的幅值来度量。通常用对数表示，称为声压级（dB），声压是标量。

（3）常见优化方法：GPA、PACA、MPA、模态法、ODS等；

图13 GPA分析结果

图14 悬置安装点优化结果

8、车身安装点动刚度优化实操

Step by step演示操作动刚度优化流程以及结果后处理细节和方法。

图15 动刚度优化实操结果

四、小结

1、刚度是指结构或材料抵抗变形的能力。由于结构或材料所受荷载的不同，可能受到静载荷或动载荷，因此，刚度又分为静刚度和动刚度。当结构或材料受到静载荷时，抵抗静载荷下的变形能力称为静刚度；当受到动载荷时，抵抗动载荷下的变形能力称为动刚度。结构或材料既有静刚度又有动刚度。白车身动刚度分析所考察的是在所关注的频率范围内该接附点的刚度水平，刚度过低可能会引起更大的振动或噪声；

2、振动传递函数是NVH中的第一大影响，直接反映了人的触觉的感受情况，像手握方向盘、座垫、地板、换挡手柄等；

3、噪声传递函数是NVH中的第二大影响，直接反映了人的听觉的感受情况，像怠速、加速轰鸣等，直接的感受就是在某个频率上或频率段感觉非常难受。

通过NVH分析中的传递函数相关分析，要理解以下内容：

（1）要理解传递函数分析的实际意义

（2）掌握常用传递函数的分析优化方法

（3）在前期尽可能多做优化，多提方案，后期实车问题中，积极参与，充分体现NVH CAE的作用和价值等。

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