劉碩，湯萌，趙云，傅林，劉吉

某型純電動(dòng)汽車路噪仿真與優(yōu)化

劉碩，湯萌，趙云，傅林，劉吉

（威馬汽車科技集團(tuán)有限公司 成都研究院，四川 成都 610100）

在純電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何有效基于有限元手段實(shí)現(xiàn)低頻結(jié)構(gòu)路噪的預(yù)測(cè)與優(yōu)化，對(duì)純電動(dòng)汽車NVH性能具有重要意義。文章基于Spindle Loads方法對(duì)某型純電動(dòng)SUV汽車在大粗糙路60km/h工況下的低頻結(jié)構(gòu)路噪進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，通過(guò)與實(shí)車測(cè)試結(jié)果對(duì)比，顯示低頻結(jié)構(gòu)路噪有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果曲線整體趨勢(shì)一致性較好；對(duì)53Hz與127Hz風(fēng)險(xiǎn)頻率點(diǎn)原因進(jìn)行剖析并提出相關(guān)優(yōu)化方案，實(shí)車驗(yàn)證有效。

路噪；有限元仿真預(yù)測(cè)；優(yōu)化

引言

當(dāng)純電動(dòng)汽車以中低速行駛在粗糙路面時(shí)，其主要的噪聲來(lái)源是路面不平順度引起的結(jié)構(gòu)噪聲（簡(jiǎn)稱路噪）以及輪胎與路面相互作用引起的輪胎噪聲（簡(jiǎn)稱胎噪）[1]。結(jié)構(gòu)噪聲具有中低頻特性[2]，主要頻率范圍50～250 Hz[3]，輪胎空氣噪聲頻率一般大于500 Hz[4]。該工況下的低頻結(jié)構(gòu)噪聲是客戶最難以接受的NVH問(wèn)題之一，該問(wèn)題已經(jīng)引起各大純電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家的重視。

對(duì)于純電動(dòng)SUV車型而言，在改善低頻結(jié)構(gòu)噪聲時(shí)需要兼顧操縱穩(wěn)定性，但其底盤懸架相比與乘用車偏硬[5]，通過(guò)底盤優(yōu)化改善低頻路噪通常又與整車的操控性和耐久性相悖，因此對(duì)于純電動(dòng)SUV車型而言低頻結(jié)構(gòu)噪聲改善是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的工作。為此，如何有效基于有限元手段實(shí)現(xiàn)低頻結(jié)構(gòu)噪聲的預(yù)測(cè)，并對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行原因剖析從而改善低頻結(jié)構(gòu)噪聲水平具有重要意義。本文基于Spindle Loads的方法，對(duì)某型純電動(dòng)SUV車型在大粗糙路60km/h工況下的低頻結(jié)構(gòu)噪聲聲壓曲線進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)頻率點(diǎn)原因進(jìn)行剖析，進(jìn)而提出相關(guān)優(yōu)化方案為后期路噪調(diào)校提供可靠依據(jù)。

1 整車路噪仿真預(yù)測(cè)

1.1 路噪載荷采集

低頻結(jié)構(gòu)噪聲激勵(lì)源于輪胎與路面之間的碰撞，經(jīng)底盤懸架傳遞到車身進(jìn)而輻射出噪聲[3]。有限元仿真采用Spindle Loads的方法預(yù)測(cè)整車路噪[6]，在試驗(yàn)場(chǎng)粗糙瀝青路10/14路面，60km/h工況下進(jìn)行載荷采集。在整車前后懸架轉(zhuǎn)向節(jié)位置布置三軸加速度傳感器，采集加速度載荷信號(hào)，如圖1所示。有限元仿真整車模型中取點(diǎn)位置與測(cè)試狀態(tài)保持對(duì)應(yīng)一致，如圖2所示。

圖1 測(cè)試傳感器布置示意圖

圖2 有限元模型響應(yīng)點(diǎn)布置示意圖

1.2 求取輪心力載荷大小

圖3 Spindle Load求解原理示意圖[5]

使用傅立葉變換，將前后懸架轉(zhuǎn)向節(jié)處測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，結(jié)合有限元仿真計(jì)算的輪心到轉(zhuǎn)向節(jié)傳遞函數(shù)即公式1[5]中的TF，得到輪心力載荷大小即Spindle Force[7]。整車路噪有限元模型如圖4所示，整車模型包括車身、開(kāi)閉件、底盤、動(dòng)力總成及內(nèi)外飾等，內(nèi)外飾系統(tǒng)以質(zhì)量質(zhì)心的形式配重體現(xiàn)在模型中。

其中：

=（/2/）；=（/2）。

圖4 整車有限元模型

1.3 整車路噪仿真預(yù)測(cè)結(jié)果

通過(guò)有限元方法求解計(jì)算得到的在大粗糙路60km/h工況下整車路噪（駕駛員內(nèi)耳聲壓響應(yīng)）結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果曲線趨勢(shì)基本一致。根據(jù)整車路噪仿真與測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析可知，在中低頻范圍內(nèi)主要問(wèn)題點(diǎn)為53Hz與127Hz對(duì)應(yīng)的峰值點(diǎn)處。

圖5 模擬結(jié)果與測(cè)試結(jié)果對(duì)比

2 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)原因剖析

圖6 優(yōu)化方案一結(jié)果與優(yōu)化前結(jié)果對(duì)比

對(duì)于53Hz對(duì)應(yīng)的問(wèn)題點(diǎn)，通過(guò)模態(tài)貢獻(xiàn)量發(fā)現(xiàn)，該峰值點(diǎn)處尾門跳動(dòng)模態(tài)貢獻(xiàn)較大，結(jié)果如圖7所示。由于尾門存在一個(gè)壓迫聲腔的跳動(dòng)模態(tài)從而造成聲壓曲線在53Hz處的聲壓峰值。根據(jù)以上分析提出優(yōu)化方案一：在尾門外板中部增加質(zhì)量為1.0kg，剛度為108.32N/mm的吸振器。有限元模擬結(jié)果如圖6所示，53Hz峰值點(diǎn)處聲壓降低1.71dB（A）。

圖7 模態(tài)貢獻(xiàn)量結(jié)果

對(duì)于127Hz對(duì)應(yīng)的問(wèn)題點(diǎn)，通過(guò)傳遞路徑分析和節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析發(fā)現(xiàn)，路面激勵(lì)主要經(jīng)拖拽臂接附點(diǎn)（左側(cè)拖拽臂接附點(diǎn)編號(hào)為3010，右側(cè)拖拽臂接附點(diǎn)編號(hào)為3510）傳遞到車身，進(jìn)而引起后地板振動(dòng)，從而在127Hz頻率點(diǎn)產(chǎn)生聲壓峰值，結(jié)果如圖9所示。根據(jù)以上分析，提出優(yōu)化方案二：調(diào)整后地板相關(guān)焊點(diǎn)層級(jí)關(guān)系以強(qiáng)化地板與梁之間的搭接。有限元模擬結(jié)果如圖8所示，127Hz峰值點(diǎn)處聲壓降低0.71dB（A）。

圖8 優(yōu)化方案二結(jié)果與優(yōu)化前結(jié)果對(duì)比

圖9 傳遞路徑分析與節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析結(jié)果

3 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)優(yōu)化方案驗(yàn)證

根據(jù)以上有限元模擬結(jié)果，在工程樣車上進(jìn)行相關(guān)方案驗(yàn)證：

方案一驗(yàn)證：在后備門中部加質(zhì)量塊，如圖11所示。結(jié)果如圖10所示，車內(nèi)52Hz附近聲壓峰值降低4dB（A），實(shí)車驗(yàn)證效果明顯。

圖10 方案一驗(yàn)證結(jié)果

圖11 驗(yàn)證方案一：在后背門上加質(zhì)量塊

方案二驗(yàn)證：在后地板加沙袋。結(jié)果如圖12所示，車內(nèi)127Hz聲壓峰值降低3.3dB（A），實(shí)車驗(yàn)證效果較好。

圖12 方案二驗(yàn)證結(jié)果

4 總結(jié)

本文基于Spindle Loads方法，對(duì)某型純電動(dòng)汽車在大粗糙路60km/h工況下的低頻結(jié)構(gòu)路面噪聲聲壓曲線進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，通過(guò)與實(shí)車測(cè)試結(jié)果對(duì)比，顯示路噪聲壓有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果曲線整體趨勢(shì)一致性較好；通過(guò)模態(tài)貢獻(xiàn)量、節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量和傳遞路徑分析，對(duì)53Hz與127Hz風(fēng)險(xiǎn)頻率點(diǎn)原因進(jìn)行剖析并提出相關(guān)優(yōu)化方案，實(shí)車驗(yàn)證有效。

[1] 毛杰,丁智,等. 某麥弗遜懸架轎車路噪分析和優(yōu)化[C].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)論文集, 2019.

[2] Hirotaka Shiozaki,Yoshihisa Iwanaga. Interior noise evaluation of electric vehicle noise source contribution analysis[C].SAE Paper, 2011-39-7229.

[3] 劉念斯,張志達(dá),陳瑋,等.OTPA結(jié)合傳函分析在路噪研究中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2017, 17(12):14-20.

[4] Hartleip L G,Ｒoggenkamp T J.Case study-experimental determina -tion of airborne and structure-borne road noise spectral content on passenger vehicles.2005 Noise＆Vibration Conference Proceedings. Traverse: SAE,2005:2005-01-2522.

[5] 李燕,丁智,等.整車路噪低頻結(jié)構(gòu)聲仿真預(yù)測(cè)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[C].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)論文集,2018.

[6] Perry Gu,Joe Juan,Archie Ni and James Van Loon,“Operational Spindle Load Estimation Methodology for Road NVH Applicati -ons” ,SAE, 2001-01-1606.

[7] Brian Y.Cho,“Spindle Load Application for NVH CAE Models by Using Principal Vector Approach” ,SAE, 2005-01-1505.

Simulation and Optimization of Road Noise for A Pure Electric Vehicle

Liu Shuo, Tang Meng, Zhao Yun, Fu Lin, Liu Ji

( Weltmeister Motor Technology Co., Ltd., Chengdu Research Institute, Sichuan Chengdu 610100 )

In the development process of pure electric vehicle, how to effectively predict and optimize the low-frequency structure road noise based on finite-element method is of great significance to the NVH performance of pure electric vehicle. This paper is based on the Spindle Loads method is used to simulate and predict the low-frequency structure road noise of a pure electric SUV vehicle under the condition of 60km/h on the rough road. By comparing with the test results of the real vehicle, it shows that the overall trend of the low-frequency structure road noise simulation results is in good agreement with the test results; The causes of the risk frequency points of 53Hz and 127Hz are analyzed, and the relevant optimization scheme is proposed, which is verified by the actual vehicle.

Road noise; Finite-element simulation prediction; Optimization

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.002

U462.3

A

1671-7988(2021)06-05-04

U462.3

A

1671-7988(2021)06-05-04

劉碩（1990-），男，碩士研究生，CAE工程師，就職于威馬汽車科技集團(tuán)有限公司成都研究院，研究方向：汽車NVH。