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CAE在整车异响开发中的应用简述

2020-02-13 19:49:11·  来源:CAE之家  
 
异响总是给人一种不愉悦的声音,有时令人难以接受,在后期故障问题及顾客抱怨中占有较大的比例。经统计在所有顾客不满意的问题中, 约有1/3是与NVH有关,其中异响
异响总是给人一种不愉悦的声音,有时令人难以接受,在后期故障问题及顾客抱怨中占有较大的比例。经统计在所有顾客不满意的问题中, 约有1/3是与NVH有关,其中异响问题在NVH问题中占有一定的比例,也是顾客购买汽车的一个非常重要的考虑因素。
   
异响开发有系统的管控措施,如间隙检查、材料兼容性检查、运动包络检查等,传统的异响开发较大程度的依赖于经验和大量的数据库。随着技术的发展,仿真方法在异响开发中也越来越广泛,有前期可预判一定的风险,降低后续异响问题的概率,也在一定程度上减小后续一定的试验或测试过程。
 
一、汽车异响的主要分类
    异响是一种有规律的声音,若只是偶然的声音,这种现象一般不称为异响。异响(BSR,分别是Buzz、Squeak and Rattle)是由于结构本身共振或两个部件相接触(摩擦或碰撞)而产生的不悦耳的噪声。Buzz可以看作是结构共振而发出的声音,Squeak主要是两个件相互摩擦发出的声音,Rattle是由于两个件相互碰撞发出的声音,一般情况下异响主要是指S&R。
根据异响产生的机理一般可以分为以下三类:
(1)敲击声(Rattle):相邻部件之间撞击产生的咔嗒声;
(2)摩擦声(Squeak):物体表面接触滑动、摩擦产生的吱吱的尖锐声;
(3)振动声(Buzz):结构振动或共振发出的嗡嗡的声音。
图1 异响的主要类型
二、传统汽车异响的开发方法
   在汽车传统异响开发过程中,如前期数据校核、间隙检查、刚度分析及模态分析等,后期一般会进行一些试验,如台架试验、整车台架异响测试和整车实车异响测试等。
图2 零部件台架异响测试(来源网络)
图3 整车台架异响测试(来源网络)
图4 整车路面异响测试(来源网络)
   
三、异响仿真方法概述
   通过进行系统或零部件进行仿真分析,可以在一定程度上预测异响产生的位置。通过查阅相关文献,较为常见的CAE分析方法有:
(1)进行系统或零部件的模态、刚度及变形分析,对模态频率进行规划,避免耦合共振;控制整体刚度(如车身弯曲刚度及扭转刚度)以及局部刚度(如车门框变形)等。车身整车刚度,如扭转刚度对整车异响有着非常重要的影响,一般在车身开发前期对扭转刚度有着严格的控制。
图5 车身扭转刚度分析图(来源网络)
(2)通过施加采集的实际路面载荷进行振动分析,得到连接点的响应(如仪表板卡扣、螺栓连接部位及一些关键部位等),根据分析结果来判断异响产生的可能性。一般情况下,车身内饰件与钣金连接点灵敏度参考值为小于0.25(mm/s/N),仪表板内部连接点灵敏度参考值为小于0.4(mm/s/N),这样异响发生的可能性比较小,具体可参阅庞剑博士《汽车车身噪声与振动控制》一书。
图6 车身灵敏度异响图(来源见注1)
(3)利用专业的异响分析工具(如Altair的SnRD软件)进行异响分析,如IP、Console、Door及Body等,根据异响产生的机理进行结果分析及优化,进而降低异响产生的概率。随着仿真的介入,异响开发在前期可以进行大量的分析优化工作,进而在前期就可预测异响风险位置及发生的概率,也可大大减少后期的测试周期。

四、异响S&R相关理论
(1)Rattle异响主要是两个件相对运动,异响产生的概率大小与相对位移是否超过间隙等有关;
(2)Squeak异响主要是两个件接触且有相对运动,异响产生的概率大小与材料特性、压力、温度、速度、湿度等因素有关。
相关理论可参阅SAE相关论文:
(1)Jens Weber and Ismail Benhayoun Saab Automobile AB. Squeak & Rattle Simulation - A Success Enabler in the Development of the New Saab 9-5 Cockpit without Prototype Hardware.Published 06/09/2010.
(2)Jens Weber and Ismail Benhayoun Saab Automobile AB. Squeak & Rattle Correlation in Time Domain using the SAR­LINE™ Method.Published 06/13/2012 

五、异响S&R分析一般流程
    S&R分析需要一定的数据准备和参数输入,同时还需要通过一定的测试方法得到一些参数。Altair专用的异响分析工具SnRD一般分析流程见图7所示。
1、S&R分析的一般流程
图7 S&R分析一般流程

2、CAE分析一般输入需求(不限于)
(1)需要进行分析异响的完整的三维数据(如IP或Console等);
(2)详细的BOM清单(包含材料、厚度、质量及质心);
(3)相关的材料参数,如弹性模量、密度、泊松比等;
(4)模型中的卡扣和缓冲块的刚度信息;
(5)零件或系统的DTS文件等。

3、S&R分析后处理
   通过进行S&R分析,可以得到Rattle及Squeak分析结果,根据分析结果进行相应的分析及优化。

4、小结
(1)根据S&R分析结果,可进行一些灵敏度分析及响应研究,找出哪些地方对结果贡献较大,并进行初步的方案尝试,验证改善效果;
(2)在S&R分析过程,需要进行一定的测试,如卡扣动刚度测试、材料性能参数测试、载荷的采集以及模态测试等;
(3)异响分析和台架测试的输入主要来自实际路面的测试,常用的异响校核路面有如大鹅石路、小鹅卵石路、比利时路、绳索路、搓板路等,通过分析和测试可得到异响产生的位置,进而进行优化改进,在前期进行规避和预防;
(4)异响开发是一个综合工程,不管是数据校核还是仿真方法,需要的数据及输入参数较多,也需要辅助一定的试验验证。异响仿真只是一个工具,是通过统计学的相关理论进行异响风险预测,同时较为完备的输入和方法才可得到一定的工程指导,也可在一定程度上降低后期异响问题的产生概率。
 
参考文献:
注1:庞剑博士,汽车车身噪声与振动控制[M].
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