爱华网基于NVH DirectordTrimmedBody声学灵敏度分析及优化
AcousticSensitivity Analysis of Trimmed Body Based on NVHDirector
呼华斌 李畅 田冠男
奇瑞汽车股份有限公司安徽芜湖 241000
摘 要：应用Altair公司的NVHDirector工具，分析车身关键接附点对驾驶员右耳处的声学灵敏度，对计算结果进行后处理诊断，找出超出响应目标值的频率及相关板块，并研究改进趋势，为新产品NVH性能开发提供理论指导。
关键字：NVH Director 声学灵敏度 Trimmed Body 优化
Abstract: With Altair NVH Director,this paper focuses on analyzing the acoustic response sensitivityof the key attachment point to Driver’s right ear. The panelcontribution is analyzed at the peaks which don't meet the target.Then the optimization is attempted to reinforced several weakestpanels.
Key words: NVH Director, Acoustic sensitivity,Trimmed Body, Optimization
1. 概述
TrimmedBody振动噪声特性和整车NVH性能密切相关，其NVH性能是整车开发的重要内容。车身的模态频率和振型直接反映车身的动态性能，不论是来自路面的激励，还是发动机的激励都是通过车身传递给乘员，所以开发出合理的车身结构对提高整车的NVH性能有重要作用。TrimmedBody模型不仅可用于各种工况下激励的声振传递函数及舒适性研究，同时对NVH目标设定有着非常关键的作用，所以TrimmedBody的概念在汽车业被广泛应用。
因TrimmedBody模型搭建及分析周期较长，所以给各主机厂NVH性能开发带来了较大的困扰。NVHDirector高度集成于HyperMesh，采用全新的模型装配环境，可方便实现模型交换、模型管理以及流程式工况设定。使用自带加速功能（AMSE：AutomaticMultilevel Substructuring EigenSolver）的Optistruct求解器可快速求解，集成的后处理及诊断工具方便问题判断及改进，为NVH性能开发带来了极大的便利性。
2.车内声学灵敏度分析
车内结构噪声产生的原理是振动源将振动传递至车身，引起车身壁板的振动，从而产生噪声声波，并通过车内空气传递到人耳。声学灵敏度是指单位激励力作用在底盘与车身的连接点时，车内乘员人耳处测量到的声压级。降低车身声学灵敏度对于降低车内噪声意义重大。所以输入与输出的传递函数即为声学灵敏度。
其中为接受点声压，输入点激励力。单位为，若接受点为声压级时，单位为。一般应小于55。
3.TrimmedBody模型建立
为考虑Trimmed Body模型更新时的方便，将Trimmed Body进行了表1所示的分装。图1中前处理流程是NVHDirector中进行装配建模时的步骤。
表1 Trimmed Body主要主系统
子系统 | 内容 |
白车身 | 包括白车身骨架及和其相连接的附件质量点相关单元 |
开启件 | 包括开启件骨架及附件质量点相关单元和密封条单元 |
内饰件 | 包括座骨架模型及附件质量点相关单元等 |
底盘 | 包括踏板、油箱、车身侧悬置支架、转向管柱等 |
声腔 | 包括座椅及车身声腔模型 |
图1 NVH Director建模及分析流程
Fig.1 Assembly and AnalysisFlow Chart in NVH Director
为考虑Trimmed Body模型更新时的方便，将Trimmed Body进行了表1所示的分装。图1中前处理流程是NVHDirector中进行装配建模时的步骤。
图2 Trimmed Body装配模型
Fig. 2 Trimmed Body Model
4.声学灵敏度分析及优化
模型建好后按照图1流程进行分析和优化。
4.1工况设定
为研究随机路面激励下车身对车内噪声的影响，本文工况设定为：激励点为前后弹簧座处，共四个点，激励方向为X、Y、Z三个方向，激励幅值为单位激励；响应为驾驶员右耳处响应的声压级，如图3所示。
计算中采用模态频率响应法，响应输出频段为1-100Hz，步长为1Hz，其中结构模态计算频率1-150Hz，流体模态计算频率为1-300Hz。使用OptiStruct求解器。
图3 工况设定
Fig.3 Boundary Condition
4.2声学响应结果
图4 声学响应结果 Fig.4 acoustic response |
4.3声学灵敏度分析优化
针对以上不合格频段，计算其结构模态和声学模态参与因子及主要车身板块的声学贡献量，分析该频率处的模态振型及贡献来源，得出声学响应影响最大的板块和结构模态，为设计提出更为明确的弱点分析及改进方向。
以57Hz峰值为例，其模态贡献量影响最大的为56.2Hz处中地板及衣帽架周围结构处，如图4所示。同理找出其他峰值模态及板块贡献量，针对这些峰值的主要模态相关板件进行加强，即衣帽架本体，中地板，流水槽等不合格板块的弹性模量值增加至5倍弹性模量，研究其刚度加强对声学灵敏度的影响趋势。从图5分析结果对比可以看出，以上加强措施对声压响应起到较好的改进效果。可根据实际项目开发需求，对上以问题板块以55声压级为约束条件进行形貌优化或局部增加沥青板来达到最佳改进效果。
图5 结果后处理 Fig.5 Contribution Analysis |
图6 加强前后声学灵敏度对比 Fig.6 Result after Reinforcment |
5.结论
新车型开发中，对车身主要接附点进行声学灵敏度分析可直观预测数字样车的NVH特性，通过模态及板块贡献量分析可对结构改进起到重要的指导作用。NVHDirector做为专业的NVH仿真工具，整合NVH分析所需要的数据、工具、流程，能够在产新品NVH性能开发中为产品设计提供改进方向，提高工作效率。
6. 参考文献
[1] 庞剑，谌刚，何华，汽车噪声与振动——理论与应用，北京理工大学出版社，2005
[2] 刘涛，顾彦，丁平，姚路，板块贡献量分析在汽车振动噪声设计中的应用，MSC.Software中国用户论文集，2003
[3] 傅志方，华宏星，模态分析与理论应用，上海交通大学出版社，2000
[4] Guan Jianmin，《NVH Director training》 ，2012
[5] 奇瑞汽车股份有限公司，《CAE设计仿真和方法部-Trimmed Body建模及仿真流程》，2013
