汽車電動(dòng)化浪潮席卷全球，NVHer作為風(fēng)口浪尖的弄潮兒時(shí)刻面臨新的變化和挑戰(zhàn)。近期筆者在與圈內(nèi)攻城獅朋友交流中熱度較高的話題之一是動(dòng)力電池包對(duì)車輛NVH性能的影響。相同平臺(tái)的電動(dòng)車與燃油車路噪存在明顯差異，同一車型選用了不同廠商的電池包車內(nèi)高頻嘯叫噪聲迥然有異，增加電池包與下車體連接點(diǎn)居然治愈了車內(nèi)轟鳴振動(dòng)... 悄然之間，江湖中興起一股電池包對(duì)NVH影響的研究熱潮。那么電池包到底是如何影響車輛NVH表現(xiàn)的呢？

所謂萬法歸一，大道至簡，作為受前LMS現(xiàn)Siemens公司影響成長起來的工程師，TPA思路早已深入骨髓。在嘗試解讀任何或繁或簡的NVH問題時(shí)條件反射般的考慮是：從問題現(xiàn)象出發(fā)，系統(tǒng)中的激勵(lì)源與傳遞路徑應(yīng)如何劃分，被研究對(duì)象以何種角色參與系統(tǒng)運(yùn)行。

根據(jù)TPA理論，激勵(lì)源（力，體積速度）X傳遞路徑（FRF）=接受體響應(yīng)。不考慮某些電池包內(nèi)部存在冷卻風(fēng)扇，風(fēng)道，冷卻水道等引起的NVH問題，我們可以將電池包作為車身傳遞路徑(FRF)的一部分納入研究。所以電池包對(duì)NVH性能影響最直觀的體現(xiàn)是從定義的激勵(lì)源頭載荷輸入點(diǎn)到車內(nèi)振動(dòng)噪聲目標(biāo)點(diǎn)的VTF，NTF的變化。當(dāng)然我們也可以繼續(xù)向下分解為電池包對(duì)車身靜剛度，模態(tài)等表現(xiàn)的影響。

由于現(xiàn)有研究尚無法簡單直接關(guān)聯(lián)單一部件或系統(tǒng)的模態(tài)，靜剛度等屬性與設(shè)定的VTF/NTF指標(biāo)的定量關(guān)聯(lián)關(guān)系，所以由車身設(shè)定的VTF/NTF指標(biāo)向下精準(zhǔn)分解至車身或電池包單體的模態(tài)，剛度等尚存在技術(shù)難度，這也為電池包單體的目標(biāo)設(shè)定帶來一定的技術(shù)難度。針對(duì)該問題，已經(jīng)有部分機(jī)構(gòu)開始基于人工智能AI及大數(shù)據(jù)分析的方法嘗試建立上述指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行目標(biāo)分解。另外該公眾號(hào)往期文章中提到了FBS / FBS decoupling等方式也可以作為目標(biāo)分解的技術(shù)手段將整車VTF/NTF指標(biāo)分解至電池包單體。該話題方向暫不作為本期文章內(nèi)容。

閑話少續(xù)，本期文章中，我們將動(dòng)力電池包作為車身結(jié)構(gòu)件的一部分研究其對(duì)白車身VTF，模態(tài)，靜剛度的影響。在研究中分別評(píng)估了電池包總成，電池包單純附加質(zhì)量，單純附加剛度對(duì)上述VTF，模態(tài)和靜剛度的影響，為該主題研究者提供一些技術(shù)思路和想法。考慮到數(shù)據(jù)敏感性，已對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行處理，請(qǐng)大家著重關(guān)注分析方法，數(shù)據(jù)趨勢性結(jié)果，不必執(zhí)著于具體數(shù)值。水平有限，歡迎批評(píng)指正。另外文章末尾附帶部分電池包對(duì)NVH影響的客觀測試數(shù)據(jù)。

1、電池包與白車身CAE建模

01、電池包CAD與CAE模型：

從結(jié)構(gòu)NVH視角出發(fā)，電池包總成主要包含三大主要組成部分：蓋板（上部，底部，冷卻系統(tǒng)板）總共4塊，總成框架，電池（電池不僅為電池包總成提供了很大的質(zhì)量，也為車身提供了很大質(zhì)量）。電池包總成通過四周及中心的四顆螺栓連接至車身地板。CAE模型主要由蓋板，框架，電池模組框架網(wǎng)格組成。電池作為lumped mass通過rigid spider單元連接至電池模組框架。同時(shí)該CAE模型中還包含seam weld, sealing, rivet和bolt等連接單元。

02、白車身 CAD和CAE模型

CAE模型中針對(duì)實(shí)體車身中面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，連接單元主要是spot weld,除此之外也包含seam weld, bolt, bushing等單元 。

03、CAE模型組裝

從車輛下方可以看到電池包通過螺栓連接至白車身。在CAE模型中這些通過bolt單元和rigid spider單元連接至合適的網(wǎng)格單元。

2、白車身靜剛度（彎扭剛度）分析

在白車身前端對(duì)稱位置施加一對(duì)大小相等，方向相反的垂向單位力。在車身后端對(duì)稱位置施加一對(duì)約束，此激勵(lì)與約束設(shè)置造成了車身沿主軸方向的扭轉(zhuǎn)?？梢钥吹桨姵匕陌总嚿砦灰屏棵黠@小于單獨(dú)白車身，可見電池包加強(qiáng)了白車身的扭轉(zhuǎn)剛度。針對(duì)X及Y方向的彎曲剛度對(duì)比呈現(xiàn)相似趨勢，在此不再贅述。

3、模態(tài)分析

01、1階彈性體模態(tài)

下圖所示我們分析四種不同狀態(tài)下的車身模態(tài)。Full Model:包含完整的白車身和電池包總成；Batteries Removed: 代表電池質(zhì)量的集總質(zhì)量從模型中移除，但電池包的剛度特性仍然保留；Battery Pack Structure Removed: 電池包總成中除集總質(zhì)量外的其他子結(jié)構(gòu)均在模型中移除，電池質(zhì)量通過Nastran中的NSML（Nastran non-structure mass）分布至車身地板；BIW: 電池包總成移除，僅保留單獨(dú)白車身?？梢钥吹竭@四種狀態(tài)得到的1階彈性體模態(tài)振型與頻率均很相近，均為后備箱的局部模態(tài)。因?yàn)殡姵匕h(yuǎn)離后備箱區(qū)域，因此它對(duì)該階模態(tài)影響很小。

02、1階扭轉(zhuǎn)模態(tài)：

下圖所示為系統(tǒng)的1階扭轉(zhuǎn)模態(tài)。電池包對(duì)該階模態(tài)影響很大?？梢钥吹皆谕暾Ｐ偷幕A(chǔ)上單獨(dú)移除質(zhì)量，模態(tài)頻率上升3.8%，單獨(dú)移除剛度，模態(tài)頻率降低25.9%，同時(shí)移除質(zhì)量和和剛度模態(tài)頻率降低21.9%，可見該款電池包集成到該車身結(jié)構(gòu)時(shí)，剛度影響遠(yuǎn)大于質(zhì)量影響。

03、模態(tài)振型相關(guān)性分析

模態(tài)振型相關(guān)性分析可以讓我們對(duì)比不同的模態(tài)結(jié)果，確認(rèn)模態(tài)相似性，進(jìn)而確認(rèn)是否為同一階模態(tài)，通常是測試結(jié)果與CAE分析結(jié)果的比對(duì)，但也可以是不同分析結(jié)果的對(duì)比。下面我們將以Full Model為參考來對(duì)比另外其他三種分析狀態(tài)。下圖所示為MAC矩陣（Modal Assurance Criterion模態(tài)置信度準(zhǔn)則）。每個(gè)坐標(biāo)軸展示了一個(gè)給定分析模型的模態(tài)結(jié)果。X軸是參考模型（Full Model），Y軸是對(duì)比模型（Batteries Removed）。紅色方塊代表兩組模態(tài)振型的相似程度，0代表完全不相關(guān)，1代表100%相關(guān)?？梢钥吹皆?0Hz以下這兩種狀態(tài)的分析模型有11階模態(tài)匹配良好，也可以發(fā)現(xiàn)電池包質(zhì)量移除后相當(dāng)一部分模態(tài)頻率向更高頻率段轉(zhuǎn)移。抽查匹配良好的一對(duì)模態(tài)的振型（參考模型中模態(tài)頻率17.7Hz和對(duì)比模型中模態(tài)頻率18.3Hz），這一對(duì)模態(tài)的MAC值為0.95。通過振型動(dòng)畫可以看到這一對(duì)模態(tài)振型的確高度近似。

將3組MAC矩陣圖放在一起對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，移除電池包質(zhì)量模態(tài)頻率向更高頻率段轉(zhuǎn)移，移除電池包剛度影響模態(tài)頻率向更低頻率區(qū)域轉(zhuǎn)移，完全移除電池包總成是二者影響的疊加結(jié)果。

04、座椅導(dǎo)軌VTF分析

在車身縱梁懸置安裝點(diǎn)位置施加單位激勵(lì)力，計(jì)算駕駛員座椅導(dǎo)軌Z方向VTF。我們可以得到與模態(tài)結(jié)果相類似結(jié)論，該電池包與車身組合，電池包剛度對(duì)VTF的影響大過質(zhì)量對(duì)VTF的影響。

04、附件數(shù)據(jù)

電池包上下蓋板材料變更，粗糙路路噪發(fā)生明顯變化。方案1上蓋板為塑料件，下蓋板為鋁合金，方案2上下蓋板均為鋼材。

增加電池包與車身連接點(diǎn)，車內(nèi)轟鳴振動(dòng)改善明顯。