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CAE在整車異響開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用簡(jiǎn)述

2020-02-13 19:49:11·  來(lái)源：CAE之家  
　
異響總是給人一種不愉悅的聲音，有時(shí)令人難以接受，在后期故障問(wèn)題及顧客抱怨中占有較大的比例。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在所有顧客不滿意的問(wèn)題中, 約有1/3是與NVH有關(guān)，其中異響
異響總是給人一種不愉悅的聲音，有時(shí)令人難以接受，在后期故障問(wèn)題及顧客抱怨中占有較大的比例。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在所有顧客不滿意的問(wèn)題中, 約有1/3是與NVH有關(guān)，其中異響問(wèn)題在NVH問(wèn)題中占有一定的比例，也是顧客購(gòu)買汽車的一個(gè)非常重要的考慮因素。
   
異響開(kāi)發(fā)有系統(tǒng)的管控措施，如間隙檢查、材料兼容性檢查、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)檢查等，傳統(tǒng)的異響開(kāi)發(fā)較大程度的依賴于經(jīng)驗(yàn)和大量的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，仿真方法在異響開(kāi)發(fā)中也越來(lái)越廣泛，有前期可預(yù)判一定的風(fēng)險(xiǎn)，降低后續(xù)異響問(wèn)題的概率，也在一定程度上減小后續(xù)一定的試驗(yàn)或測(cè)試過(guò)程。
 
一、汽車異響的主要分類
    異響是一種有規(guī)律的聲音，若只是偶然的聲音，這種現(xiàn)象一般不稱為異響。異響（BSR，分別是Buzz、Squeak and Rattle）是由于結(jié)構(gòu)本身共振或兩個(gè)部件相接觸（摩擦或碰撞）而產(chǎn)生的不悅耳的噪聲。Buzz可以看作是結(jié)構(gòu)共振而發(fā)出的聲音，Squeak主要是兩個(gè)件相互摩擦發(fā)出的聲音，Rattle是由于兩個(gè)件相互碰撞發(fā)出的聲音，一般情況下異響主要是指S&R。
根據(jù)異響產(chǎn)生的機(jī)理一般可以分為以下三類：
（1）敲擊聲（Rattle）：相鄰部件之間撞擊產(chǎn)生的咔嗒聲；
（2）摩擦聲（Squeak）：物體表面接觸滑動(dòng)、摩擦產(chǎn)生的吱吱的尖銳聲；
（3）振動(dòng)聲（Buzz）：結(jié)構(gòu)振動(dòng)或共振發(fā)出的嗡嗡的聲音。
圖1 異響的主要類型
二、傳統(tǒng)汽車異響的開(kāi)發(fā)方法
   在汽車傳統(tǒng)異響開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如前期數(shù)據(jù)校核、間隙檢查、剛度分析及模態(tài)分析等，后期一般會(huì)進(jìn)行一些試驗(yàn)，如臺(tái)架試驗(yàn)、整車臺(tái)架異響測(cè)試和整車實(shí)車異響測(cè)試等。
圖2 零部件臺(tái)架異響測(cè)試（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
圖3 整車臺(tái)架異響測(cè)試（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
圖4 整車路面異響測(cè)試（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
   
三、異響仿真方法概述
   通過(guò)進(jìn)行系統(tǒng)或零部件進(jìn)行仿真分析，可以在一定程度上預(yù)測(cè)異響產(chǎn)生的位置。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，較為常見(jiàn)的CAE分析方法有：
（1）進(jìn)行系統(tǒng)或零部件的模態(tài)、剛度及變形分析，對(duì)模態(tài)頻率進(jìn)行規(guī)劃，避免耦合共振；控制整體剛度（如車身彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度）以及局部剛度（如車門框變形）等。車身整車剛度，如扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)整車異響有著非常重要的影響，一般在車身開(kāi)發(fā)前期對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度有著嚴(yán)格的控制。
圖5 車身扭轉(zhuǎn)剛度分析圖（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
（2）通過(guò)施加采集的實(shí)際路面載荷進(jìn)行振動(dòng)分析，得到連接點(diǎn)的響應(yīng)（如儀表板卡扣、螺栓連接部位及一些關(guān)鍵部位等），根據(jù)分析結(jié)果來(lái)判斷異響產(chǎn)生的可能性。一般情況下，車身內(nèi)飾件與鈑金連接點(diǎn)靈敏度參考值為小于0.25（mm/s/N），儀表板內(nèi)部連接點(diǎn)靈敏度參考值為小于0.4（mm/s/N），這樣異響發(fā)生的可能性比較小，具體可參閱龐劍博士《汽車車身噪聲與振動(dòng)控制》一書。
圖6 車身靈敏度異響圖（來(lái)源見(jiàn)注1）
（3）利用專業(yè)的異響分析工具（如Altair的SnRD軟件）進(jìn)行異響分析，如IP、Console、Door及Body等，根據(jù)異響產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行結(jié)果分析及優(yōu)化，進(jìn)而降低異響產(chǎn)生的概率。隨著仿真的介入，異響開(kāi)發(fā)在前期可以進(jìn)行大量的分析優(yōu)化工作，進(jìn)而在前期就可預(yù)測(cè)異響風(fēng)險(xiǎn)位置及發(fā)生的概率，也可大大減少后期的測(cè)試周期。

四、異響S&R相關(guān)理論
（1）Rattle異響主要是兩個(gè)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，異響產(chǎn)生的概率大小與相對(duì)位移是否超過(guò)間隙等有關(guān)；
（2）Squeak異響主要是兩個(gè)件接觸且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，異響產(chǎn)生的概率大小與材料特性、壓力、溫度、速度、濕度等因素有關(guān)。
相關(guān)理論可參閱SAE相關(guān)論文：
（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、異響S&R分析一般流程
    S&R分析需要一定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和參數(shù)輸入，同時(shí)還需要通過(guò)一定的測(cè)試方法得到一些參數(shù)。Altair專用的異響分析工具SnRD一般分析流程見(jiàn)圖7所示。
1、S&R分析的一般流程
圖7 S&R分析一般流程

2、CAE分析一般輸入需求（不限于）
（1）需要進(jìn)行分析異響的完整的三維數(shù)據(jù)（如IP或Console等）；
（2）詳細(xì)的BOM清單（包含材料、厚度、質(zhì)量及質(zhì)心）；
（3）相關(guān)的材料參數(shù)，如彈性模量、密度、泊松比等；
（4）模型中的卡扣和緩沖塊的剛度信息；
（5）零件或系統(tǒng)的DTS文件等。

3、S&R分析后處理
   通過(guò)進(jìn)行S&R分析，可以得到Rattle及Squeak分析結(jié)果，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析及優(yōu)化。

4、小結(jié)
（1）根據(jù)S&R分析結(jié)果，可進(jìn)行一些靈敏度分析及響應(yīng)研究，找出哪些地方對(duì)結(jié)果貢獻(xiàn)較大，并進(jìn)行初步的方案嘗試，驗(yàn)證改善效果；
（2）在S&R分析過(guò)程，需要進(jìn)行一定的測(cè)試，如卡扣動(dòng)剛度測(cè)試、材料性能參數(shù)測(cè)試、載荷的采集以及模態(tài)測(cè)試等；
（3）異響分析和臺(tái)架測(cè)試的輸入主要來(lái)自實(shí)際路面的測(cè)試，常用的異響校核路面有如大鵝石路、小鵝卵石路、比利時(shí)路、繩索路、搓板路等，通過(guò)分析和測(cè)試可得到異響產(chǎn)生的位置，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在前期進(jìn)行規(guī)避和預(yù)防；
（4）異響開(kāi)發(fā)是一個(gè)綜合工程，不管是數(shù)據(jù)校核還是仿真方法，需要的數(shù)據(jù)及輸入?yún)?shù)較多，也需要輔助一定的試驗(yàn)驗(yàn)證。異響仿真只是一個(gè)工具，是通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)理論進(jìn)行異響風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，同時(shí)較為完備的輸入和方法才可得到一定的工程指導(dǎo)，也可在一定程度上降低后期異響問(wèn)題的產(chǎn)生概率。
 
參考文獻(xiàn)：
注1：龐劍博士，汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M].
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