CAE在汽車路面噪聲傳遞路徑的仿真分析及優(yōu)化
在汽車路面噪聲傳遞路徑的仿真分析中，有限元科技借助HyperGraph的NVH分析模塊，在純仿真的環(huán)境下應(yīng)用傳遞路徑分析，在開發(fā)更早階段找到問(wèn)題根本原因。從本文的優(yōu)化結(jié)果來(lái)看，基于純仿真的傳遞路徑分析周期短，優(yōu)化效果好。
1、介紹
路面噪聲是車輛NVH性能開發(fā)過(guò)程中控制的一個(gè)重要指標(biāo)。它作為車內(nèi)主要聲源影響乘員舒適性。按照傳遞路徑不同，路噪可分為結(jié)構(gòu)傳遞聲與空氣傳遞聲。本文介紹傳遞路徑法（下文簡(jiǎn)稱TPA）在結(jié)構(gòu)傳遞聲分析與優(yōu)化中的應(yīng)用。
結(jié)構(gòu)傳遞路噪典型遞路徑如下。路面激勵(lì)通過(guò)輪胎傳遞到輪心，輪心傳入懸架，再通過(guò)懸架傳遞到車身。其中懸架與車身界面有多條傳遞路徑。使用TPA方法能識(shí)別出噪聲傳遞的主要路徑和次要路徑。隨著建模、求解以及后處理的進(jìn)步，基于仿真的TPA方法能夠在早期快速準(zhǔn)確的分析問(wèn)題。
2、分析方法
影響路噪的主要因素有輪胎、懸架形式、襯套剛度以及車身側(cè)底盤連接點(diǎn)的噪聲傳遞函數(shù)。越軟的襯套和輪胎隔振效果越好，對(duì)路噪越有利。但襯套過(guò)軟會(huì)影響車輛的操控穩(wěn)定性。為了不影響操控穩(wěn)定性，本文重點(diǎn)關(guān)注車身噪聲傳遞函數(shù)的優(yōu)化。受限于燃油經(jīng)濟(jì)性的限制，傳遞函數(shù)優(yōu)化不能以犧牲重量為代價(jià)。使用TPA方法識(shí)別出關(guān)鍵路徑，能在不犧牲重量的情況下滿足整車振動(dòng)噪聲的要求。
圖1工況示意圖
圖2計(jì)算結(jié)果
分析工況如圖1所示，對(duì)輪心施加0到200Hz的單位激勵(lì)，響應(yīng)點(diǎn)為駕駛員人耳處聲壓。得到圖2所示的分析結(jié)果。從結(jié)果可以看出，峰值出現(xiàn)在110Hz和130Hz。主要貢獻(xiàn)來(lái)自于后懸架。
單獨(dú)對(duì)后懸架做TPA分析。后懸架為扭力梁結(jié)構(gòu)，與車身有6個(gè)連接點(diǎn)，忽略扭轉(zhuǎn)自由度，共有18條傳遞路徑，分別為左右拖曳臂安裝點(diǎn)，減震器安裝點(diǎn)和彈簧安裝點(diǎn)。傳統(tǒng)的TPA法需要分別計(jì)算傳遞路徑和和傳遞力。HyperWorks12.0提供了一個(gè)新功能，借助PFPATH卡片，基于仿真的TPA計(jì)算一次完成，求解器會(huì)自動(dòng)將分析所需所有物理量輸出到H3D文件中。計(jì)算完成后將分析結(jié)果導(dǎo)入NVHUtilities中的TransferPathAnalysis模塊，該工具會(huì)自動(dòng)進(jìn)行后處理。整個(gè)分析流程大為簡(jiǎn)化。
3、分析與優(yōu)化
110Hz的TPA結(jié)果如圖3所示，貢獻(xiàn)量最大的路徑為后減震器。分別查看傳遞力圖4與傳遞函數(shù)圖5可看出，傳遞力與傳遞函數(shù)在110Hz附近峰值重合，導(dǎo)致了該路徑的貢獻(xiàn)最大。
圖3110Hz路徑貢獻(xiàn)量
圖4后減震器傳遞力
圖5后減震器傳遞函數(shù)
對(duì)該路徑的傳遞函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)板塊貢獻(xiàn)量分析，發(fā)現(xiàn)C柱和頂棚對(duì)該傳函貢獻(xiàn)量最大。優(yōu)化工作圍繞這兩個(gè)板塊進(jìn)行。
（1）C柱優(yōu)化
在白車身上進(jìn)行ERP分析。加載點(diǎn)與噪聲傳遞函數(shù)一致，選擇后減震器安裝點(diǎn)。ERP響應(yīng)面選擇C柱區(qū)域。分析結(jié)果如圖6所示，從結(jié)果可以看出C柱在110Hz顯示了較高的輻射聲功率。對(duì)該區(qū)域加筋優(yōu)化后110Hz輻射聲功率下降了4dB。
圖6C柱ERP分析結(jié)果
（2）頂棚優(yōu)化
頂棚優(yōu)化不影響造型，通過(guò)以下兩個(gè)方案實(shí)現(xiàn)。
a、增加一根頂棚橫梁，以提高頂棚模態(tài)
b、在頂棚增加阻尼墊，減小頂棚振動(dòng)幅值
以上兩個(gè)優(yōu)化方案實(shí)施后，減小了傳遞路徑上的幅值。將方案放回整車模型中驗(yàn)證，結(jié)果以上兩個(gè)優(yōu)化方案實(shí)施后，減小了傳遞路徑上的幅值。將方案放回整車模型中驗(yàn)證，結(jié)果所示，方案1和方案2分別將110Hz聲壓幅值降低了2dB，兩個(gè)方案同時(shí)實(shí)施將幅值共降低了4dB。結(jié)果表明在TPA方法找到關(guān)鍵路徑。通過(guò)對(duì)該路徑的優(yōu)化，成功降低了整車所關(guān)注頻率的噪聲水平。
圖7最終優(yōu)化結(jié)果
4、結(jié)論
本文使用純仿真的TPA方法，找到了影響路噪的關(guān)鍵傳遞路徑。通過(guò)對(duì)該路徑的優(yōu)化將整車的噪聲水平有效降低。借助HyperWorks12.0整個(gè)分析的流程得到簡(jiǎn)化，提高了分析效率。深圳市有限元科技有限公司是一家以計(jì)算機(jī)輔助工程CAE為主業(yè)，以工程仿真軟件開發(fā)為核心，集CAE咨詢、CAE培訓(xùn)、CAE軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。如有業(yè)務(wù)的需要請(qǐng)聯(lián)系電話：13632683051，咨詢QQ：4006046636
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