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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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