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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析

2021-01-08 23:27:30·  來(lái)源：上汽通用五菱汽車股份有限公司  作者：莫家駒 黃振華 黃鷹 周正群  
　
摘 要：構(gòu)建了一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析方法，通過(guò)應(yīng)用Ricardo仿真分析套件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)動(dòng)組件的配氣組件、曲軸組件、活塞組件和發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)進(jìn)行建
摘 要：構(gòu)建了一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析方法，通過(guò)應(yīng)用Ricardo仿真分析套件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)動(dòng)組件的配氣組件、曲軸組件、活塞組件和發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)進(jìn)行建模，利用它們之間的載荷傳遞關(guān)系，進(jìn)行整機(jī)NVH集成仿真分析，能夠較早地預(yù)見(jiàn)和解決發(fā)動(dòng)機(jī)性改型中出現(xiàn)NVH問(wèn)題，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和品質(zhì)，并且縮短發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)化改型項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的時(shí)間，節(jié)約成本。

在發(fā)動(dòng)機(jī)NVH開(kāi)發(fā)的前期，通常采用各運(yùn)動(dòng)組件和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體分別分析。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是需求的數(shù)據(jù)相對(duì)較少，缺點(diǎn)是在平臺(tái)化發(fā)動(dòng)機(jī)改型開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中，未能在前期發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題，導(dǎo)致效率低。而面對(duì)日趨激烈的汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，很多企業(yè)紛紛開(kāi)展了平臺(tái)化建設(shè)，以縮短項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期，降低研發(fā)成本。發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)化改型是汽車平臺(tái)化中重要的一部分，如何在保證產(chǎn)品性能和可靠性的同時(shí)，縮短開(kāi)發(fā)周期，就顯得尤為重要。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)NVH分析是發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，外在表現(xiàn)為分析和解決對(duì)汽車的噪聲、振動(dòng)、不平順性的過(guò)程，其內(nèi)涵則為在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能、品質(zhì)和成本間尋找平衡點(diǎn)的策略。本文基于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)化改型項(xiàng)目中發(fā)動(dòng)機(jī)NVH開(kāi)發(fā)，構(gòu)建了一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析方法。

圖1 新開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)前期NVH仿真分析流程圖
 
圖2 平臺(tái)化發(fā)動(dòng)機(jī)改型整機(jī)NVH集成仿真分析流程圖

1  發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析流程

新發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目中的NVH分析，由于許多數(shù)據(jù)未明確，通常是分別對(duì)配氣組件、曲軸組件、活塞組件和缸體缸蓋進(jìn)行建模分析。其流程如圖1所示。

而在發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)化改型NVH分析項(xiàng)目中，許多數(shù)據(jù)已經(jīng)確定，能夠構(gòu)建一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析，對(duì)于較早地預(yù)見(jiàn)和解決發(fā)動(dòng)機(jī)NVH方面出現(xiàn)的問(wèn)題，縮短平臺(tái)化發(fā)動(dòng)機(jī)改型項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)時(shí)間就顯得尤為重要。發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析流程如圖2所示。

對(duì)比圖1圖2中的紅色字體和流程線，可以看出它們之間的區(qū)別。新開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)前期NVH仿真分析中，配氣組件、活塞組件、曲軸組件模型是獨(dú)立分開(kāi)分析的，它們所用到的激勵(lì)源均是只有缸壓，各組件間缺乏相互傳遞的載荷。而在整機(jī)集成NVH分析中，三大組件的仿真分析不再是獨(dú)立的，而是有相互影響的輸入和輸出的。

在整機(jī)集成NVH仿真分析中，需要分三個(gè)步驟完成。先分別進(jìn)行配氣組件、活塞組件的仿真分析；在結(jié)果符合各自的動(dòng)力性、強(qiáng)度、NVH等指標(biāo)滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)后，再將凸輪軸驅(qū)動(dòng)扭矩導(dǎo)入到曲軸組件中，進(jìn)行曲軸仿真分析，利用曲軸仿真結(jié)果，可以反過(guò)來(lái)對(duì)配氣組件、曲軸組件進(jìn)行再次優(yōu)化；將活塞的二階運(yùn)動(dòng)和曲軸的扭振運(yùn)動(dòng)導(dǎo)入到整機(jī)模型中，進(jìn)行整機(jī)NVH仿真分析，最后評(píng)估整機(jī)的NVH性能，并適當(dāng)提出優(yōu)化建議或者修改。

圖3 優(yōu)化前后曲軸振動(dòng)曲線圖

圖4 優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)加速度云圖

圖5 優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋聲壓功率曲線圖

2  發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析的問(wèn)題解決

發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH評(píng)估內(nèi)容，主要涉及曲軸扭振、整機(jī)振動(dòng)、1米聲壓級(jí)/聲功率、聲壓/聲強(qiáng)等。其中發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)聲壓需要滿足五個(gè)面的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析每個(gè)面的聲壓值情況，由聲壓曲線、1/3倍頻程、Colormap圖得到噪聲頻率分布及成分大小，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)峰值頻率成分及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析，找出峰值貢獻(xiàn)頻率范圍，從而排查問(wèn)題零部件解決問(wèn)題。

表面聲壓級(jí)計(jì)算：
 
聲功率級(jí)計(jì)算：

 
比如在某平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)改型的整機(jī)集成NVH仿真分析結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋的曲軸孔座處在4200rpm附近有比較大的振動(dòng)加速度，該點(diǎn)的1米聲功率曲線在4100～4300rpm范圍也出現(xiàn)了一個(gè)小波峰；進(jìn)一步查看曲軸組件仿真分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在4200rpm的4階次時(shí)曲軸的振動(dòng)也有個(gè)小波峰，其幅值超過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，基本鎖定了問(wèn)題的癥結(jié)點(diǎn)——曲軸在4200rpm的4階次振動(dòng)傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的前端蓋孔座，造成發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋曲軸孔座處振動(dòng)加速度過(guò)大。因此需要反過(guò)來(lái)調(diào)整曲軸組件的參數(shù)。對(duì)曲軸前端nose和皮帶輪的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，曲軸前端振動(dòng)得以降低，進(jìn)而使得在該工況下曲軸傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋孔座的振動(dòng)加速度減小，該點(diǎn)的1米聲功率曲線在4100～4300rpm范圍的波峰也明顯減小。

圖3～圖5是對(duì)曲軸組進(jìn)行優(yōu)化前后，曲軸振動(dòng)曲線圖、發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)加速度云圖、發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋測(cè)試點(diǎn)聲壓功率曲線圖。

3  總結(jié)

本文通過(guò)某平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)改型為例，論述了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)NVH集成仿真分析法的流程，展示了該方法下能夠在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)早期就能發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)的異常點(diǎn)，提出有效的優(yōu)化解決方案?？s短了發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)化改型項(xiàng)目的時(shí)間，降低了成本。
 
 
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