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CAE在整車異響開發(fā)中的應用簡述

2020-02-13 19:49:11·  來源：CAE之家  
　
異響總是給人一種不愉悅的聲音，有時令人難以接受，在后期故障問題及顧客抱怨中占有較大的比例。經(jīng)統(tǒng)計在所有顧客不滿意的問題中, 約有1/3是與NVH有關，其中異響
異響總是給人一種不愉悅的聲音，有時令人難以接受，在后期故障問題及顧客抱怨中占有較大的比例。經(jīng)統(tǒng)計在所有顧客不滿意的問題中, 約有1/3是與NVH有關，其中異響問題在NVH問題中占有一定的比例，也是顧客購買汽車的一個非常重要的考慮因素。
   
異響開發(fā)有系統(tǒng)的管控措施，如間隙檢查、材料兼容性檢查、運動包絡檢查等，傳統(tǒng)的異響開發(fā)較大程度的依賴于經(jīng)驗和大量的數(shù)據(jù)庫。隨著技術(shù)的發(fā)展，仿真方法在異響開發(fā)中也越來越廣泛，有前期可預判一定的風險，降低后續(xù)異響問題的概率，也在一定程度上減小后續(xù)一定的試驗或測試過程。
 
一、汽車異響的主要分類
    異響是一種有規(guī)律的聲音，若只是偶然的聲音，這種現(xiàn)象一般不稱為異響。異響（BSR，分別是Buzz、Squeak and Rattle）是由于結(jié)構(gòu)本身共振或兩個部件相接觸（摩擦或碰撞）而產(chǎn)生的不悅耳的噪聲。Buzz可以看作是結(jié)構(gòu)共振而發(fā)出的聲音，Squeak主要是兩個件相互摩擦發(fā)出的聲音，Rattle是由于兩個件相互碰撞發(fā)出的聲音，一般情況下異響主要是指S&R。
根據(jù)異響產(chǎn)生的機理一般可以分為以下三類：
（1）敲擊聲（Rattle）：相鄰部件之間撞擊產(chǎn)生的咔嗒聲；
（2）摩擦聲（Squeak）：物體表面接觸滑動、摩擦產(chǎn)生的吱吱的尖銳聲；
（3）振動聲（Buzz）：結(jié)構(gòu)振動或共振發(fā)出的嗡嗡的聲音。
圖1 異響的主要類型
二、傳統(tǒng)汽車異響的開發(fā)方法
   在汽車傳統(tǒng)異響開發(fā)過程中，如前期數(shù)據(jù)校核、間隙檢查、剛度分析及模態(tài)分析等，后期一般會進行一些試驗，如臺架試驗、整車臺架異響測試和整車實車異響測試等。
圖2 零部件臺架異響測試（來源網(wǎng)絡）
圖3 整車臺架異響測試（來源網(wǎng)絡）
圖4 整車路面異響測試（來源網(wǎng)絡）
   
三、異響仿真方法概述
   通過進行系統(tǒng)或零部件進行仿真分析，可以在一定程度上預測異響產(chǎn)生的位置。通過查閱相關文獻，較為常見的CAE分析方法有：
（1）進行系統(tǒng)或零部件的模態(tài)、剛度及變形分析，對模態(tài)頻率進行規(guī)劃，避免耦合共振；控制整體剛度（如車身彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度）以及局部剛度（如車門框變形）等。車身整車剛度，如扭轉(zhuǎn)剛度對整車異響有著非常重要的影響，一般在車身開發(fā)前期對扭轉(zhuǎn)剛度有著嚴格的控制。
圖5 車身扭轉(zhuǎn)剛度分析圖（來源網(wǎng)絡）
（2）通過施加采集的實際路面載荷進行振動分析，得到連接點的響應（如儀表板卡扣、螺栓連接部位及一些關鍵部位等），根據(jù)分析結(jié)果來判斷異響產(chǎn)生的可能性。一般情況下，車身內(nèi)飾件與鈑金連接點靈敏度參考值為小于0.25（mm/s/N），儀表板內(nèi)部連接點靈敏度參考值為小于0.4（mm/s/N），這樣異響發(fā)生的可能性比較小，具體可參閱龐劍博士《汽車車身噪聲與振動控制》一書。
圖6 車身靈敏度異響圖（來源見注1）
（3）利用專業(yè)的異響分析工具（如Altair的SnRD軟件）進行異響分析，如IP、Console、Door及Body等，根據(jù)異響產(chǎn)生的機理進行結(jié)果分析及優(yōu)化，進而降低異響產(chǎn)生的概率。隨著仿真的介入，異響開發(fā)在前期可以進行大量的分析優(yōu)化工作，進而在前期就可預測異響風險位置及發(fā)生的概率，也可大大減少后期的測試周期。

四、異響S&R相關理論
（1）Rattle異響主要是兩個件相對運動，異響產(chǎn)生的概率大小與相對位移是否超過間隙等有關；
（2）Squeak異響主要是兩個件接觸且有相對運動，異響產(chǎn)生的概率大小與材料特性、壓力、溫度、速度、濕度等因素有關。
相關理論可參閱SAE相關論文：
（1）Jens Weber and Ismail Benhayoun Saab Automobile AB. Squeak & Rattle Simulation - A Success Enabler in the Development of the New Saab 9-5 Cockpit without Prototype Hardware.Published 06/09/2010.
（2）Jens Weber and Ismail Benhayoun Saab Automobile AB. Squeak & Rattle Correlation in Time Domain using the SAR­LINE™ Method.Published 06/13/2012 

五、異響S&R分析一般流程
    S&R分析需要一定的數(shù)據(jù)準備和參數(shù)輸入，同時還需要通過一定的測試方法得到一些參數(shù)。Altair專用的異響分析工具SnRD一般分析流程見圖7所示。
1、S&R分析的一般流程
圖7 S&R分析一般流程

2、CAE分析一般輸入需求（不限于）
（1）需要進行分析異響的完整的三維數(shù)據(jù)（如IP或Console等）；
（2）詳細的BOM清單（包含材料、厚度、質(zhì)量及質(zhì)心）；
（3）相關的材料參數(shù)，如彈性模量、密度、泊松比等；
（4）模型中的卡扣和緩沖塊的剛度信息；
（5）零件或系統(tǒng)的DTS文件等。

3、S&R分析后處理
   通過進行S&R分析，可以得到Rattle及Squeak分析結(jié)果，根據(jù)分析結(jié)果進行相應的分析及優(yōu)化。

4、小結(jié)
（1）根據(jù)S&R分析結(jié)果，可進行一些靈敏度分析及響應研究，找出哪些地方對結(jié)果貢獻較大，并進行初步的方案嘗試，驗證改善效果；
（2）在S&R分析過程，需要進行一定的測試，如卡扣動剛度測試、材料性能參數(shù)測試、載荷的采集以及模態(tài)測試等；
（3）異響分析和臺架測試的輸入主要來自實際路面的測試，常用的異響校核路面有如大鵝石路、小鵝卵石路、比利時路、繩索路、搓板路等，通過分析和測試可得到異響產(chǎn)生的位置，進而進行優(yōu)化改進，在前期進行規(guī)避和預防；
（4）異響開發(fā)是一個綜合工程，不管是數(shù)據(jù)校核還是仿真方法，需要的數(shù)據(jù)及輸入?yún)?shù)較多，也需要輔助一定的試驗驗證。異響仿真只是一個工具，是通過統(tǒng)計學的相關理論進行異響風險預測，同時較為完備的輸入和方法才可得到一定的工程指導，也可在一定程度上降低后期異響問題的產(chǎn)生概率。
 
參考文獻：
注1：龐劍博士，汽車車身噪聲與振動控制[M].
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