李可 羅水富 楊文廣 何高海

摘 要：本文針對(duì)新能源純電動(dòng)汽車的整車底盤噪聲異響、振動(dòng)等問題，通過案例重點(diǎn)講述了CAE仿真系統(tǒng)與NVH噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)的應(yīng)用、研究，兩者是如何的有效應(yīng)用解決了NVH問題，為純電動(dòng)汽車行業(yè)的整車NVH系統(tǒng)問題分析、解決方向提供參考思路。

關(guān)鍵詞：CAE仿真 NVH噪聲測(cè)試分析系統(tǒng) 激勵(lì) 整車模態(tài)

隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)汽車的噪聲（noise）、振動(dòng)（vibration）、聲振粗糙度（Harsh-ness）（簡(jiǎn)稱（NVH）有越來越高的要求[1-1]。相對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車，新能源純電動(dòng)汽車因其搭載了動(dòng)力電池作為驅(qū)動(dòng)能源，其NVH問題產(chǎn)生的來源主要為驅(qū)動(dòng)電機(jī)NVH、底盤NVH、車身NVH三大部分。同時(shí)因動(dòng)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(fā)新的異常噪聲問題、高頻噪聲現(xiàn)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(dòng)問題，涉及的是NVH系統(tǒng)性的問題，例如有些車輛行駛時(shí)乘員感受車廂內(nèi)地面噪聲振動(dòng)大，查源頭在車橋主減，但這一個(gè)噪聲振動(dòng)問題可能涉及到三個(gè)部件，一個(gè)是車橋主橋本身匹配產(chǎn)生噪聲，一個(gè)整車減振效果差，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車橋與車架形成共振激勵(lì)放大導(dǎo)致，這是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)問題，因此在研究純電動(dòng)汽車的NVH問題時(shí)，有時(shí)并不能直接照搬內(nèi)燃機(jī)汽車的相關(guān)方法和理論。下文就CAE仿真與NVH噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)如何結(jié)合，解決純電動(dòng)車后橋噪聲、振動(dòng)問題的進(jìn)行闡述。

1 6.8米純電動(dòng)車輛噪聲、振動(dòng)問題

6.8米純電動(dòng)車輛，動(dòng)力總成采用永磁同步電機(jī)，極對(duì)數(shù)4對(duì)，槽數(shù)48個(gè)，驅(qū)動(dòng)后橋速比5.29，空氣彈簧懸掛，傳動(dòng)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(qū)間，存在批量后橋噪聲大、振動(dòng)的問題，極大影響整車乘坐的舒適性。

2 NVH測(cè)試分析系統(tǒng)

2.1 車內(nèi)噪聲分析

對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)測(cè)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(zhì)較差并伴有整車振動(dòng)，噪音頻率在206Hz～215Hz左右。

2.2 整車路試下的整車振動(dòng)、噪音、轉(zhuǎn)速、扭矩測(cè)試

整車振動(dòng)：車內(nèi)、電機(jī)、車橋、電機(jī)隔振下端;

整車噪音：駕駛員、后乘客門附近;

轉(zhuǎn)速：電機(jī)傳動(dòng)軸;

扭矩測(cè)試：通過無線應(yīng)變采集標(biāo)定扭矩;

噪音階次分析、振動(dòng)階次分析、扭矩波動(dòng)分析[1-6]

測(cè)試結(jié)果：

整車啟動(dòng)至65km/h，存在210Hz～284Hz共振帶，核心范圍在225Hz～250Hz，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)頻7倍頻成分明顯，同時(shí)在52km/h時(shí)傳動(dòng)軸扭矩波動(dòng)較大。

2.3 采用LMS設(shè)備進(jìn)行初步診斷

主要對(duì)電機(jī)傳動(dòng)軸、后橋、導(dǎo)向臂、車架進(jìn)行測(cè)試診斷，結(jié)合響應(yīng)FRF曲線，可初步確定問題在導(dǎo)向臂與車架耦合引起的整車共振。

2.4 通道噪聲振動(dòng)專業(yè)設(shè)備精確診斷

使用通道噪聲振動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行兩種工況的模態(tài)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表1：

通過以上NVH測(cè)試系統(tǒng)的綜合分析，可以精確確認(rèn)出引起整車振動(dòng)噪聲在傳遞路徑上的問題定位，那么可以從激勵(lì)源、傳遞路徑、響應(yīng)三點(diǎn)來提取解決方案[1-7]：

1）響應(yīng)這塊優(yōu)化空間由于樣車已生產(chǎn)，基本無改動(dòng)空間;

2）激勵(lì)源上是210Hz產(chǎn)生的源頭，可以主動(dòng)改變激勵(lì)頻率，來避開共振固頻，比如改變后橋速比來改變激勵(lì)頻率

3）傳遞路徑上結(jié)合NVH測(cè)試及分析，基本可以定位是激勵(lì)源與導(dǎo)向臂固頻耦合引起的整車振動(dòng)，故可改變導(dǎo)向臂固頻來改善NVH。我們主要從傳遞路徑上結(jié)合CAE工具來進(jìn)行NVH優(yōu)化。

3 CAE仿真結(jié)合NVH的優(yōu)化

根據(jù)前文NVH測(cè)試分析結(jié)論，車內(nèi)振動(dòng)、噪音、電機(jī)轉(zhuǎn)矩瀑布圖初步判斷：共振帶為210HZ-250HZ下面重點(diǎn)通過CAE仿真，對(duì)激勵(lì)源與導(dǎo)向臂固頻耦合的傳遞路徑上進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 整車模態(tài)分析

兩導(dǎo)向臂反向，每根導(dǎo)向臂首尾反向，整車202.5Hz，與試驗(yàn)相同振型下202.288Hz非常吻合。因整車計(jì)算需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，在此只對(duì)底盤進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)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(nèi)。為了提高效率，對(duì)整改方案的驗(yàn)證采用單獨(dú)的底盤進(jìn)行計(jì)算[1-8]。

通過改變導(dǎo)向臂質(zhì)量分布來改變導(dǎo)向臂的振型及固頻，本節(jié)主要是基于導(dǎo)向臂+車底架+后橋進(jìn)行仿真，僅做橫向?qū)Ρ群饬抠|(zhì)量改變策略及相應(yīng)的固頻及響應(yīng)。根據(jù)試驗(yàn)采集結(jié)果，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸與后橋連接的地方施加x方向的簡(jiǎn)諧荷載以模擬電機(jī)的作用。從試驗(yàn)及理論分析可知，激勵(lì)頻率為210HZ左右，因此主要中心210HZ附近的響應(yīng)，并驗(yàn)證其固頻特性，結(jié)果對(duì)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(yuǎn)離210HZ，發(fā)生共振的風(fēng)險(xiǎn)降低。同時(shí)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)的加速度幅值明顯降低，在210Hz～250Hz范圍內(nèi)共振峰消失。

4 結(jié)論

本文先通過使用NVH系統(tǒng)對(duì)整車噪聲、振動(dòng)的進(jìn)行系統(tǒng)性測(cè)試、分析，鎖定確整車噪聲、振動(dòng)的問題點(diǎn)是在導(dǎo)向臂與車架耦合引起的整車共振，從共振的激勵(lì)源、傳遞路徑、響應(yīng)點(diǎn)三方面考慮，結(jié)合CAE仿真分析，通過模擬改變導(dǎo)向臂固頻，即是在導(dǎo)向臂上增加10mm輔助板后，使加速度幅值明顯的降低，最終實(shí)現(xiàn)了整車NVH系統(tǒng)噪音、振動(dòng)優(yōu)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(cè)試系統(tǒng)與CAE仿真系統(tǒng)如何在整車上的應(yīng)用與研究，實(shí)際整車NVH問題是個(gè)復(fù)雜性、系統(tǒng)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(tǒng)在整車應(yīng)用、研究，需要我們后續(xù)不斷的深入探索、研究。

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