从“此”掌握—汽车整车NVHD建模流程及核心技术方法应用

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导读：当汽车行驶在粗糙沥青路面时，路噪问题是顾客最容易关注到的，如在某一频率下感觉到明显的轰鸣，直接影响乘客的感受，这就产生汽车路噪声。汽车路噪声是指在汽车行驶过程中，由于轮胎与路面之间不断的碰撞和摩擦等相互作用，对车内产生振动或噪声。从产生机理来看，一般分为结构噪声和空气噪声。

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。

NVH的重要性

NVH对顾客非常重要：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。

从整体上可分为：结构NVH及声学NVH仿真。

在当前结构NVH仿真在汽车CAE开发中仍占有较大比重，结构NVH是基础，是其他性能开发的基础，如车身接附点动刚度没做好，去做声学包仿真，感觉有点不合适；首先基础的结构NVH性能必须做到位，然后再去做声学包等之类提升整车性能及品质的仿真分析优化。结构NVH仿真在各大企业都有不同的定义，不管是分析条目还是考察指标。

结构NVH分析包括以下分析（不限于）：

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；

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；

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）；

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；

声品质相关分析

异响分析、锁扣安装点动刚度分析、关门瞬时冲击分析等

一、整车NVHD的作用

整车分析，如发动机怠速工况，路面激励工况，都需要准确的分析模型，利用 NVHD 对整车进行模块化建模，可以利用其专业的模型管理策略对模型进行管理。本指南包含 NVHD 创建装配的基本操作，也包含 NVHD 高级操作批处理，同时包含了整车（底盘）建模的相关方法。

图1 NVHD 整车建模流程

二、整车NVHD的整车建模流程

1、NVHD 建模包含有以下内容：

Assembly Module 装配树创建；
Model prepare 模型预备处理；
Connector 创建；
Batch批处理；
模型检查和导出。

NVHD 模型管理的数据结构大致分为 XML 和 Representation 两部分：

1）XML 中性文件，其中包含了模型装配树、子模块模型文件连接、 tagpoint、connector、property、 lumped module；
2）Representation 文件，可以是 FEA model、 Super Element，包含显示模型，计算模型，界面点 comment 信息；
3）模型的修改和装配文件的修改都是通过 prepare 进行的，通过 module 的prepare 操作，进行 ID及tagpoints 定义， prepare 完毕的模型，其所有ID，包括节点、单元及属性ID 均被 renumber 到指定的规划范围内， tagpoints 保存在 comment 中；然后在非 prepare 环境下通过 tagpoints匹配建立 connector ，并通过 property mapping及修改属性等，最终创建得到整车模型。NVHD 数据文件有以下两种类型。

图 2 整车NVHD数据文件类型

2、各子系统模型建立，在整车NVHD建模中，可以在NVHD界面建立各子系统，也可在前期建立好。个人建议在前期将各个子系统分解并建立完善，对后期的工作量会带来一定的减轻。如在前期修改各连接点的名称，作为Tagpoints连接，如FL_PT_M，为左悬置连接点名称。

图 3 连接点名称修改

3、同样建立其他各系统独立的模型以及连接点名称。同时将各连接点采用plotel单元连接，用于模型显示。如该整车包括以下系统，分别是TB、PT、Frt_sus、Rear_sus等。

在 Module Model 目录下创建子模块，同样在新创建的子模块下进行该操作，即可定义再下一层级的子模块，按照此方法即可建立整车模型，如下所示。

图 4 整车NVHD整车模型

三、NVHD整车建模主要有以下两种方法：

1、Assembly Module 装配树建模方法，在软件界面进行操作进入 NVHD 模板，在菜单栏的 view 选项中选择显示Assembly，右键点击 Module Model，显示如下图所示，选择 Create Module 即可;

图 5-1 整车NVHD界面建模

模型的赋予通过Represention操作定义，如下所示。

图 5-2 整车NVHD模型的赋予

2、Assembly Module 装配树建模方法模型修改

所有的模型修改，包括单元、节点及连接点定义等，都是通过Model下面的Prepare Model进行。

图 6 整车NVHD子系统模型修改

3、Assembly Module 装配树建模方法各子系统之间连接方法，可采用Interactive或Automatic方法。

图 7 整车NVHD连接建模方法

4、Assembly Module 装配树建模方法各连接属性修改和实现

图 8 整车NVHD连接建模方法

图9 整车NVHD整车模型

5、整车NVHD批处理建模方法

基于模型树Excel表建模，非常快捷高效，即批处理。将各模型文件及地址放在模型树中进行管理。

图 10 整车NVHD批处理建模方法

四、整车NVHD整车分析应用

通过整车NVHD可以快速建立整车NVH模型，可用于整车级分析，如整车路噪、整车加减速、整车怠速以及整车MSA分析等等。

1、整车NVHD整车超单元路噪分析，通过NVHD建立整车NVH模型，根据实车路谱载荷进行整车路噪分析，同时可以采用超单元进行整车多样本优化分析。

图 11 整车NVHD整车超单元路噪分析

2、整车NVHD DSA分析，传统的灵敏度分析是通过工况分析，必须进行相应的优化设置，并能输出.slk或者.sens文件，通过.slk或者.sens文件查看并识别高灵敏度变量。NVHD中的设计灵敏度分析可用于寻找对用户关注响应“灵敏”的参数，并且可进行对设计变量进行批处理。所谓设计灵敏度，即响应对设计变量的偏导数。

NVHD中的设计灵敏度分析(Design Sensitivity Analysis，以下简称DSA)可用于寻找对用户关注响应“灵敏”的参数。所谓设计灵敏度，即响应对设计变量的偏导数。以线性静态分析控制方程为例：

两边对设计变量X求偏导数：

则位移矢量U对设计变量的偏导数为：

一般来说，响应可以表示成U的函数：

所以响应对设计变量的灵敏度可以表示为：

图 12 整车NVHD整车DSA分析

图 13 整车DSA分析结果

图 14 整车DSA分析结果（14Hz）

可以直接通过Export Set将灵敏度排名前10的变量导出，将这10个变量放在优化头文件中，快速用于尺寸优化。

图 15 整车DSA优化结果（14Hz）

3、整车NVHD TPA分析，在整车NVHD中可以通过一步法或二步法进行TPA分析，每一种方法都会给NVH研发人员带来诸多的便利和高效。

图 16 整车NVHD整车TPA分析

传递路径分析可以通过试验进行，也可以通过仿真进行。TPA分析通常需要获得两类数据分别是传递函数和载荷。载荷可以通过实际测试获得，一般是间接获取比较普通。如路噪载荷，可以通过测得转向节加速度进行求逆得到轮心载荷，也可以考虑轮胎模型添加实际路谱进行仿真。TPA分析中的载荷识别方法包括直接测量、悬置动刚度法、逆矩阵法、单路径求逆法以及派生方法等。

1、在NVHD中TPA分析有两种方法，一种是 Two Step TPA，这种方法需要两步操作，首先需要计算关键接附点的作用力，即下图中的point mobility；其次，计算关键接附点的传递函数，即常规的NTF、VTF等；然后通过接附点的力和传递函数进行TPA计算。

2、另一种是One Step TPA（AutoTPA），该方法通过关键字一步就可进行TPA的计算分析，非常快捷，省去了许多复杂的过程，也不用担心多个工况的设置等问题，但两步法与一步法TPA计算结果基本一致。

图 14 整车NVHD整车两种TPA分析结果对比

四、小结及福利

NVHD是整车NVH仿真分析的必备分析优化工具，NVHD 提供了多样化的整车NVH分析模板和途径，可以采用如超单元等方法快速进行产品方案的验证分析，在有限的项目开发节点内提供更多的优化方案和开发思路。

以上就是笔者关于NVHD整车建模及分析技术在整车NVH开发中的流程及应用的全部内容，希望对读者朋友有些许帮助。另外，分享本文到朋友圈点赞数大于10个，请联系仿真小助手，获赠笔者仿真秀官网原创视频教程《汽车NVH设计前的声腔建模流程细节与实际工程中应用教程》

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以下是课程安排

1、本课适合那些人学习：

①学习型仿真工程师
②理工科院校学生
③从事汽车NVH CAE分析优化的工程师和研发人员
④ Hypermesh 和Optistruct 软件学习和应用者

2、对学员的帮助是什么：

掌握整车NVHD建模方法及核心技术，让你掌握整车NVHD仿真及分析核心技术，掌握整车NVH快速高效的分析和优化能力。包括但不限于以下内容（可以根据用户需求进行加餐直播或录制教程）：

①整车NVHD两种建模方法及流程；

②整车NVHD模态分析的难点细节及模态分布表制定方法等；

③整车NVHD一步法TPA分析及细节难点等；

④整车NVHD两步法TPA分析及细节难点等；

⑤整车NVHD模态超单元分析及细节难点；

⑥整车NVHD频响函数超单元分析及细节难点等。

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作者：汽车NVH仿真仿真秀优秀讲师，NVH仿真经理，工作12年，国家优秀专利奖第一作者，曾参与多个主机厂整车项目，完成整车NVH性能相关的分析和优化工作，熟练掌握NVH仿真分析相关软件，仿真分析经验丰富，具有丰富的实际工程案例经验。

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来源：仿真秀App

振动碰撞汽车声学理论传动 NVH 控制试验

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首次发布时间：2022-08-19