【原】基于懸置支架動剛度分析的整車NVH性能分析及改進

汽車NVH云講堂 2022-07-26 發(fā)布于廣西

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[摘要]動剛度指標是動力總成懸置支架等底盤零件NVH性能評價體系中的重要考核內(nèi)容，基于有限元分析方法, 利用Altair RADIOSS軟件的模態(tài)頻率響應方法對懸置支架關鍵點的動態(tài)特性進行分析，可以得到相關零件的動剛度曲線。通過對關鍵點進行動剛度分析,可以為車輛NVH性能改進提供理論參考，縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本，對于提高車輛NVH性能設計水平具有重要的意義。

[關鍵詞]懸置支架動剛度頻率響應NVH

【Abstract】The index of dynamic stiffness is theimportant assessment for the performance evaluation system of the chass pratssuch as powertrain mount bracket, based on method of finite element analysis,the modal frequency response method of Altair RADIOSS software is used toanalysis the dynamic characteristic of the critical points of the mount bracket.Dynamic stiffness analysis is done through the critical points ,it can providethe theoretical reference for the vehicle NVH performance, shorten thedevelopment cycle and reduce development costs. It has the great significancefor improving the design capability of vehicle NVH performance.

[Keywords] Mountingbracket;Dynamic stiffness;Frequency response;NVH

1 引言

隨著消費者收入水平的提高，對汽車產(chǎn)品的舒適性需求越來越高,從而導致了在整車開發(fā)中對影響舒適性指標的振動噪聲提出了更高的設計要求。在汽車行駛過程中,發(fā)動機和路面的激勵通過汽車底盤上的連接點、車身、座椅以及其它部件,最終影響乘員的NVH主觀感覺。動力總成懸置系統(tǒng)對發(fā)動機激勵的隔振效果的是汽車NVH性能的重要影響因素。動力總成是汽車的主要噪聲和振動源。動力總成的振動可以通過底盤傳到車身，并可在車內(nèi)產(chǎn)生噪音，嚴重地影響到了乘坐的舒適性。汽車很多噪聲和振動問題往往都可歸結到動力總成振動上。因此動力總成懸置支架的動態(tài)特性分析顯得非常重要。

動剛度是動載荷下抵抗變形的能力，動剛度不足將對車身結構件疲勞壽命和整車乘坐舒適性產(chǎn)生非常不利的影響。整車在行駛過程中，會受到各種各樣的動載荷的作用，當動載荷與車身結構的動力學特性接近時，即動載荷的某分量與車身結構的某階模態(tài)的固有頻率接近時，將可能引發(fā)結構共振產(chǎn)生較高的動應力，導致車身結構的疲勞破壞；動剛度對乘坐舒適性的影響主要表現(xiàn)在NVH性能上，一般而言，車身對激振源的響應越小（如響應所產(chǎn)生的振動位移越?。?，NVH性能越舒適，有經(jīng)驗的試車員甚至能夠通過通過NVH主觀評價判定車身、懸置支架等結構動剛度的不足。

通過動剛度分析，可以較早的預測結構動態(tài)設計的不足，如果發(fā)現(xiàn)問題在整車開發(fā)的前期，可以很容易的修改結構，如若在后期發(fā)現(xiàn)問題，則各種車身結構的修改空間很小，僅靠調(diào)整懸置元件的剛度等參數(shù)來改善汽車動態(tài)特性，則增加了解決問題的難度。所以在動力總成懸置系統(tǒng)開發(fā)過程中，進行懸置支架的動剛度分析是非常有必要的。

2 動剛度基本理論

頻率響應分析可以實現(xiàn)對結構的動態(tài)特性分析,預測結構的持續(xù)動力特性,驗證設計能否克服共振、疲勞及其受迫振動引起的結構破壞，是計算線形結構在穩(wěn)態(tài)振動激勵下的響應的方法。對于線彈結構,一般采用粘性阻尼或結構阻尼振動系統(tǒng)，阻尼的作用主要是轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的能量，結構阻尼主要是由于不完全彈性的結構材料的內(nèi)摩擦和在結構的固定連接處，接觸面之間的摩擦力引起的。根據(jù)汽車的結構形式,對汽車車身采用結構阻尼系統(tǒng)。在車身仿真分析中,車身的局部剛度常采用速度導納進行評價。對于速度頻率響應分析,常把載荷輸入點與響應點取同一點,稱為Driving Point Mobility,簡稱為Point Mobility。與Mobility密切相關的一個概念是動剛度，表征了結構在動載荷作用下抵抗變形的能力，動剛度不足將對車身疲勞壽命和整車乘坐舒適性產(chǎn)生非常不利的影響。一般情況下，在能夠滿足工程要求的基礎上，懸置系統(tǒng)中隔振元件的Mobility設計的越高越好，而車身、車架等隔振件的連接件的Mobility設計的越小越好。

在分析動剛度時，一般使用模態(tài)頻率響應分析法，模態(tài)頻率響應分析的基本流程是先進行結構的模態(tài)計算，然后調(diào)用模態(tài)計算的結果，考察在設定的所要分析的激振頻率范圍內(nèi)的頻率響應。模態(tài)頻率響應法計算響應就是利用結構的模態(tài)變形來減少方程數(shù)量及解耦運動方程的。通過模態(tài)頻率響應分析可以求出結構在多種頻率下的位移、速度、加速度響應，得出響應的頻率響應曲線，進而實現(xiàn)對結構的動態(tài)特性分析。

3 動剛度分析方法及有限元建模

運用基于Altair RADIOSS的模態(tài)頻率響應方法可以考察底盤結構對于整車的中低頻NVH性能的影響，并可指導用于改進整車NVH性能的底盤結構的優(yōu)化措施，在設計階段解決潛在的NVH問題。

發(fā)動機是汽車的主要噪聲和振動源,發(fā)動機振動可以通過底盤傳到車身,并可在車內(nèi)產(chǎn)生噪音,嚴重地影響到了乘坐的舒適性。汽車很多振動噪聲的問題往往都可歸結到發(fā)動機振動上。因此,汽車發(fā)動機懸置安裝點的動態(tài)特性分析顯得非常重要。

發(fā)動機作用在懸置安裝點的載荷大小和方向具有隨汽車運行狀態(tài)而在寬頻內(nèi)變化的特征,因而要求該安裝點的剛度特性也應具有隨頻率而變化的動態(tài)特性,即在低頻內(nèi)具有較大剛度來滿足由于工況變化和路面不平等低頻沖擊引起的過大位移時的平衡需要;同時在中、高頻內(nèi),又要求其剛度不應該太大且具有合適的阻尼,以便衰減發(fā)動機傳入車身的振動。顯然,傳統(tǒng)的靜態(tài)剛度校核方式不能滿足上述要求,而且該方式也無法評價安裝點對整個車身振動和噪聲的聲振靈敏度。

為了獲得發(fā)動機懸置安裝點的速度響應函數(shù),首先建立底盤結構的有限元模型,并在懸置安裝點施加載荷,然后利用RADIOSS軟件的動力分析模塊求解分析。

采用Altair RADIOSS軟件的模態(tài)頻率響應方法計算該安裝點的動態(tài)剛度。本文設定有限元分析條件如下：材料阻尼取0.06，約束安裝點123456，在驅(qū)動點的x\y\z方向上施加1N的激勵力,頻率范圍0~2000HZ,每隔2HZ輸出一個速度響應。評判標準如下：按照公司商用車標準：支架各方向的動剛度應該與目標線1000N/mm的交點位置應該大于400HZ。

4 懸置支架動剛度分析實例

4.1 研究車型的噪聲現(xiàn)狀

我公司CN100配B15車型，從測試數(shù)據(jù)看在4200~4600和3200rpm處有明顯的噪音峰值，均超出了目標線范圍。如圖所示：

圖1 車內(nèi)噪聲曲線

造成這兩個轉(zhuǎn)速下噪聲峰值的原因，從以下頻譜分析圖可知是由于發(fā)動機左懸置支架共振操產(chǎn)生的，試驗測得共振頻率分別為288HZ左右，由于該車型所用發(fā)動機位4缸四沖程發(fā)動機，在4200rpm和4600rpm處二階頻率激振恰好是280HZ和307HZ，應該是支架動剛度不足導致的共振問題。

圖2 噪聲頻譜圖

4．2原懸置支架動剛度分析

針對上述問題，根據(jù)Altair RADIOSS軟件，建立左懸置支架的有限元模型（見圖）

，其中網(wǎng)格以四邊形為主，三角形為輔。模型中采用計算中所使用的材料參數(shù)如下：

鋼的材料參數(shù)：彈性模量：210Gpa，材料密度：7.8e-9ton/mm3，泊松比：0.3。

圖3 左懸置支架的有限元模型

采用AltairRADIOSS軟件的模態(tài)頻率響應方法計算該安裝點的動態(tài)剛度。本文設定有限元分析條件如下：材料阻尼取0.06，約束安裝點123456，在驅(qū)動點的x\y\z方向上施加1N的激勵力,頻率范圍0~1000HZ,每隔2HZ輸出一個速度響應。獲得原狀態(tài)支架的動剛度如下圖所示：