關于CAE仿真與NVH噪聲測試分析系統的應用研究

李可 羅水富 楊文廣 何高海

摘 要：本文針對新能源純電動汽車的整車底盤噪聲異響、振動等問題，通過案例重點講述了CAE仿真系統與NVH噪聲測試分析系統的應用、研究，兩者是如何的有效應用解決了NVH問題，為純電動汽車行業的整車NVH系統問題分析、解決方向提供參考思路。

關鍵詞：CAE仿真 NVH噪聲測試分析系統 激勵 整車模態

隨著生活質量的提高，人們對汽車的噪聲（noise）、振動（vibration）、聲振粗糙度（Harsh-ness）（簡稱（NVH）有越來越高的要求[1-1]。相對傳統內燃汽車，新能源純電動汽車因其搭載了動力電池作為驅動能源，其NVH問題產生的來源主要為驅動電機NVH、底盤NVH、車身NVH三大部分。同時因動力電池、大功率器件主要分散布置在車身底板及后艙位置，由此形成了“多聲源散布”[1-2]的特征，具有整車噪聲水平較低、噪聲源分布更加分散、容易引發新的異常噪聲問題、高頻噪聲現象突出等問題[1-3]。這些問題直接影響到乘員的舒適性主觀感受[1-4];解決整車噪聲、振動問題，涉及的是NVH系統性的問題，例如有些車輛行駛時乘員感受車廂內地面噪聲振動大，查源頭在車橋主減，但這一個噪聲振動問題可能涉及到三個部件，一個是車橋主橋本身匹配產生噪聲，一個整車減振效果差，一個是驅動電機、車橋與車架形成共振激勵放大導致，這是一個相互關聯的系統問題，因此在研究純電動汽車的NVH問題時，有時并不能直接照搬內燃機汽車的相關方法和理論。下文就CAE仿真與NVH噪聲測試分析系統如何結合，解決純電動車后橋噪聲、振動問題的進行闡述。

1 6.8米純電動車輛噪聲、振動問題

6.8米純電動車輛，動力總成采用永磁同步電機，極對數4對，槽數48個，驅動后橋速比5.29，空氣彈簧懸掛，傳動軸安裝水平擺角為2°，垂直擺角為4°，車輛批量在47km/h～55km/h速度區間，存在批量后橋噪聲大、振動的問題，極大影響整車乘坐的舒適性。

2 NVH測試分析系統

2.1 車內噪聲分析

對車內噪聲進行測試，通過對測試頻譜分析方法分析[1-5]：在車速52km/h～55 km/h下，存在明顯低頻離散噪音，音質較差并伴有整車振動，噪音頻率在206Hz～215Hz左右。

2.2 整車路試下的整車振動、噪音、轉速、扭矩測試

整車振動：車內、電機、車橋、電機隔振下端;

整車噪音：駕駛員、后乘客門附近;

轉速：電機傳動軸;

扭矩測試：通過無線應變采集標定扭矩;

噪音階次分析、振動階次分析、扭矩波動分析[1-6]

測試結果：

整車啟動至65km/h，存在210Hz～284Hz共振帶，核心范圍在225Hz～250Hz，傳動軸轉頻7倍頻成分明顯，同時在52km/h時傳動軸扭矩波動較大。

2.3 采用LMS設備進行初步診斷

主要對電機傳動軸、后橋、導向臂、車架進行測試診斷，結合響應FRF曲線，可初步確定問題在導向臂與車架耦合引起的整車共振。

2.4 通道噪聲振動專業設備精確診斷

使用通道噪聲振動設備，進行兩種工況的模態測試，測試結果表1：

通過以上NVH測試系統的綜合分析，可以精確確認出引起整車振動噪聲在傳遞路徑上的問題定位，那么可以從激勵源、傳遞路徑、響應三點來提取解決方案[1-7]：

1）響應這塊優化空間由于樣車已生產，基本無改動空間;

2）激勵源上是210Hz產生的源頭，可以主動改變激勵頻率，來避開共振固頻，比如改變后橋速比來改變激勵頻率

3）傳遞路徑上結合NVH測試及分析，基本可以定位是激勵源與導向臂固頻耦合引起的整車振動，故可改變導向臂固頻來改善NVH。我們主要從傳遞路徑上結合CAE工具來進行NVH優化。

3 CAE仿真結合NVH的優化

根據前文NVH測試分析結論，車內振動、噪音、電機轉矩瀑布圖初步判斷：共振帶為210HZ-250HZ下面重點通過CAE仿真，對激勵源與導向臂固頻耦合的傳遞路徑上進行優化。

3.1 整車模態分析

兩導向臂反向，每根導向臂首尾反向，整車202.5Hz，與試驗相同振型下202.288Hz非常吻合。因整車計算需要花費較長時間，在此只對底盤進行模態計算，發現相同振型條件下固頻為214.8Hz，存在一定的可接受誤差范圍內。為了提高效率，對整改方案的驗證采用單獨的底盤進行計算[1-8]。

通過改變導向臂質量分布來改變導向臂的振型及固頻，本節主要是基于導向臂+車底架+后橋進行仿真，僅做橫向對比衡量質量改變策略及相應的固頻及響應。根據試驗采集結果，在電機轉軸與后橋連接的地方施加x方向的簡諧荷載以模擬電機的作用。從試驗及理論分析可知，激勵頻率為210HZ左右，因此主要中心210HZ附近的響應，并驗證其固頻特性，結果對比如表2：

增加輔助板后，共振峰后移，即共振峰所在的頻率升高，更加遠離210HZ，發生共振的風險降低。同時固頻提高，峰值頻率增大，峰值大小降低。

跟原方案比較，增加10mm輔助板后，67114節點的加速度幅值由26.68mm/s2降低至3.84mm/s2，降低了48.13%

跟原方案比較，增加10mm輔助板后，67318節點的加速度幅值明顯降低，在210Hz～250Hz范圍內共振峰消失。

4 結論

本文先通過使用NVH系統對整車噪聲、振動的進行系統性測試、分析，鎖定確整車噪聲、振動的問題點是在導向臂與車架耦合引起的整車共振，從共振的激勵源、傳遞路徑、響應點三方面考慮，結合CAE仿真分析，通過模擬改變導向臂固頻，即是在導向臂上增加10mm輔助板后，使加速度幅值明顯的降低，最終實現了整車NVH系統噪音、振動優化、改善，滿足了乘客乘坐的舒適性要求。

本文通過問題的解決，闡述了NVH噪聲測試系統與CAE仿真系統如何在整車上的應用與研究，實際整車NVH問題是個復雜性、系統性問題[1-9]，通過CAE仿真可以多方式、多方面的的解決問題，本文不在一一闡述，CAE仿真與NVH系統在整車應用、研究，需要我們后續不斷的深入探索、研究。

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