2013-01-2857 Integrated CAE &Physical Testing Approach to Optimize Vehicle Design - For CabinNoise Reduction Ninad Pimpalkhare,Gaurav Gupta, Mugundaram Ravindran, Chetan Prakash Jain, ChiranjitGhosh, and Prince Shital Maruti Suzuki India Limited 结构噪声是车内噪声的主要来源。近年来，乘员舱的安静度已成为影响产品质量的重要因素。OEM制造商发现，满足客户对“强大而安静”属性的期望是一项挑战。 为了降低汽车发动机罩下部件的噪声，人们进行了一些有针对性的研究。综述了轿车发动机悬置振动声灵敏度的优化设计。采用常规的频响函数法和Nastran法向模态分析法，结合物理试验验证，研究了各发动机悬置对乘员舱内结构噪声传递的影响。本文着重从降低车身侧发动机悬置的重量入手，降低结构噪声。 今天，由于客户的焦点已经转向车辆的乘坐和操纵舒适性以及更安静的驾驶室的要求，NVHCAE和物理测试在减少振动和过滤不需要的声音方面发挥着重要作用。主要目的在于了解和预测车内噪声。基于音质的多种感知方式对乘员舱噪声进行评价是一项繁琐的工作。 在目前的研究中，首先通过对噪声源的识别和问题的分析，然后在CAE中对设计进行优化，从而达到降低客车乘员舱噪声的目的。通过物理测试验证了优化设计的有效性，实现了CAE与物理测试的相关性，并在此基础上提出了可行的对策。 在目前的研究中，一辆客车（1000cc以上）的乘员舱噪声水平较高。在300-350HZ的频率范围内报告了该问题。三维等高线图还显示，在300-350赫兹范围内可能存在共振（参见图1）。 图3左、右、后车身侧发动机悬置的频率响应物理测试结果 物理NVH测试组决定对问题进行根本原因调查。根据产生噪音的来源，驾驶室内产生噪音的主要原因有两个。引起乘员舱噪声的输入负载可能来自： 就车身侧发动机悬置而言，我们已经知道，它们的设计相对于前代车型进行了修改。因此，物理测试小组决定对车身侧发动机悬置进行频响分析。图2显示了被评估车辆的车身侧发动机支架。 图3显示了车身侧发动机支架的频率响应。在左侧发动机支架的情况下，可以清楚地看到335赫兹处有一个共振峰，其频率范围为300-350赫兹。所以我们深入调查了左侧发动机支架的根本原因。对车身左侧发动机悬置进行了CAE分析。 在CAE中，在318HZ处观察到一个共振峰，该共振峰在300-350hz的问题频率范围内（参见图4）。因此，无论是从物理测试还是CAE都证实，车身左侧发动机悬置是造成300-350赫兹范围内乘员舱噪声的根本原因。 在318HZ频率下进行了工作挠度形状（ODS）分析，以检查该频率下的模态形状。图5显示了CAE中318Hz频率下的振型。振型表明，在图5中突出显示的两个悬置位置附近存在高应变能密度。高应变能是由于支架上部有一个悬臂，在荷载输入后产生较高的力矩，支架振动。 图6显示了实际车辆中的左侧发动机支架。为了进一步验证车身左侧发动机悬置支架对车内噪声水平的影响，在悬置上添加质量减振器进行了物理测试。图7显示了有质量阻尼器和无质量阻尼器情况下机舱内SPL的物理测试结果。 显而易见，在300-350赫兹的频率范围内，机舱内的声压级降低。这证实了需要在车身侧左侧发动机支架处采取对策，以降低在300-350赫兹的频率范围内感知到的车内声压级。 图8显示了座舱内共振的三维轮廓图，很明显，通过添加质量阻尼器，声压级降低。图9显示，由于相同的原因，噪音水平降低了4分贝。 图8标准模型和带质量阻尼器模型的舱内共振三维等值线图 CAE团队决定进行各种迭代，以增加车身左侧发动机支架的刚度，从而提高其振动性能。 车身侧左侧发动机悬置总成的总重量为1135g。观察到，为了提高刚度，需要一个具有更高截面模量的结构，并为顶部悬置部分提供一些支撑。基于这一思想，CAE团队初步提出了3个新的设计概念。图10显示了第一个设计概念，其中一个长构件连接到支架的顶端，并连接到车身侧的挡泥板裙板构件。它的重量为1367克（比原来的安装重232克），还需要改变挡泥板裙板的设计。 图11显示了第二个设计概念，其中设计了重量轻的铸造底座，经过多次迭代后，在当前试验车辆上安装了重量增加最少且性能优越的优化设计。这种概念设计的重量为1179克（比原来的底座重44克）。铸造用的材料是铝，比原材料即钢更贵。 图12显示了第三个设计概念，其中上部构件在两侧延伸，并创建了一个封闭的盒子结构。它的重量为1435克（比原来的底座重300克）。它不需要改变车身侧的挡泥板裙板构件，封闭的箱体结构确保了顶部的自由运动也被阻止。 三个概念设计都进行了频率响应分析，每个设计都显示出振动性能的改善。第三种设计是不需要改变挡泥板裙板或任何车身侧梁。唯一的问题是它增加了300克的额外重量。图13显示了第三个设计概念的振动性能结果。 318hz频率下的共振峰移到371hz，振幅水平降低5db。进一步决定优化相同的设计，以检查在振动性能可忽略劣化的情况下脱落某些材料（重量）的可行性。使用Optistruct工具执行优化活动。第三个概念设计被选为优化输入，如图14所示。 启动标称运行以获得第三个设计概念的固有频率。以最小体积分数为目标，以一阶固有频率为设计约束，对输入设计进行拓扑优化。设计和非设计空间是在optisstruct工具中定义的（参见图15）。 图15optisstruct优化工具中的设计与非设计空间 图16显示了优化的不同结果，其中红色部分表示设计区域，而灰色 区域表示移除的材料。这些结果与设计团队共享，基于制造可行性，发布了车身侧左侧发动机支架的新CAD设计，如图17所示。新优化的悬置支架重量为1115g，比原支架轻20g。 在368hz的谐振频率下，对新的优化设计进行了工作挠度形状分析（ODS），得到了模态形状。图19显示了原始安装设计的设计和振型与优化设计的振型的比较。很明显，原始安装设计中在安装位置获得的高应变能密度降低了（图19中突出显示），优化设计比原始安装更稳定，因为由于具有较高截面的箱式结构限制了安装顶部的运动模量比原来的悬置。 图19 原车与优化后车身左侧发动机悬置的设计与模态比较 物理测试小组也对新的优化设计进行了评估，以检查其振动性能。图20显示了振动性能评估的结果。结果表明，在物理测试中，共振频率也由335hz变为350Hz。这证明了新的优化设计的车身侧左侧发动机悬置比原来的悬置具有更好的振动性能。 图20 新优化的车身左侧发动机悬置的频率响应-物理测试结果 图22 机舱内SPLw.r.t.转速-物理测试结果 此外，还评估了车内的声压级。这种新设计是在车辆级别上实施的，因为带有优化噪声级的新车身侧左侧发动机支架在可接受范围内。设计。图21显示了在两种情况下在舱内测量的共振噪声的三维等高线图 目前的研究是为了降低机舱内的声压级，这是由图22所示的用于新结构传递的声压级图得出的。从优化设计的车身左侧发动机悬置到车身的振动-声学传递进行了评估。很明显，SPL降低了3-4分贝。为了达到预期的目标，对发动机悬置设计进行了优化。机舱内的噪音降低了3-4分贝。此外，每辆车可减轻20克的重量。使用CAE技术也减少了开发时间和原型数量。实验方法主要有传统的频响函数法、道路数据采集法、振动-声学传递分析法和物理样机法。为了提高NVH灵敏度，采用了模态分析、工作挠度形状分析和频率响应函数分析等虚拟仿真方法。 1. Engine MountOptimization - Bernard James E., Starkey John M.. 2. Engine MountingFor Vibration Control - Shereeck James W., Klndgrm Bruce A.. 3. Shape andTopologic Optimization of Engine Mounts -Leal Vinícius,Cardoso Valdir Mendes, Zambelli Luciano, Carneiro Guilherme,Bitencourt Rudinixon. 4. The OptimumDesign of Engine Mounting - Sakai Tetsuya, Takano Yasuo, IwaharaMitsuo. 【免责声明】本公 众 号所刊载上述内容，资料等来自于网络、社会实践、个人总结、技术论坛等，对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如果您认为我们的授权或者来源标注与事实不符，请告知我们，我们及时修订或删除。谢谢大家的关注。
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