某車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能分析與優(yōu)化

某車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能分析與優(yōu)化摘要：本文首先針對某車型怠速時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能存在的問題進行深入的分析，在此基礎(chǔ)上將仿真分析與試驗測試方法之間實現(xiàn)了有效的結(jié)合，然后針對車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能優(yōu)化措施進行了深入的探究，希望能為相關(guān)人員提供合理的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；NVH性能；分析；優(yōu)化

目前，隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對于生活舒適度提出了更高的要求，從而對汽車NVH性能引起了高度的重視。在汽車行駛過程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常會產(chǎn)生振動和噪聲現(xiàn)象，并且駕駛員可以對這些現(xiàn)象進行直接的感受，對于整個汽車NVH性能的發(fā)揮產(chǎn)生了非常重要的影響。在對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及儀表板總成進行設(shè)計的過程中，對有限元法進行充分的利用，在此基礎(chǔ)上不但可以減少成本的投入，同時還能對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與儀表板安裝橫梁總成的NVH性能進行準確的預測。

1某車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限元分析

1.1有限元模型的構(gòu)建

本文在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限元模型進行構(gòu)建的過程中，主要是采用Hypermesh有限元軟件來進行，在對有限元模型進行計算的過程中，保證最終的計算結(jié)果具有一定的準確性，在此基礎(chǔ)上針對該模型進行了相應(yīng)的優(yōu)化處理工作，比如對安全氣囊進行了集中的模擬，在對鈑金件進行模擬的過程中，主要是采用shell單元來進行，在對方向盤以及是十字節(jié)進行模擬時，采用實體單元方法來進行。

1.2模態(tài)分析

在已經(jīng)構(gòu)建完善的有限元模型基礎(chǔ)上，然后通過MSC.Nastran完成了相應(yīng)的分析工作，對最終的結(jié)果進行求解，其計算結(jié)果如下表1所示。

表1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比

由上表中所顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)可以了解到，有限元仿真結(jié)果可以符合最終的試驗測試結(jié)構(gòu)，并且誤差控制在了6%以內(nèi)，其中1階固有頻率的誤差為1.51%，在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)結(jié)果分析與計算的基礎(chǔ)上，可以對有限元模型的準確性進行有效的判定。

1.3模態(tài)優(yōu)化

結(jié)合實驗過程來看，該車型在怠速狀態(tài)下，其方向盤1階固有頻率與發(fā)動機激勵頻率之間存在共振現(xiàn)象，這就會造成在怠速狀態(tài)下時，方向盤產(chǎn)生非常大的振動現(xiàn)象。在實驗中所選擇的車型發(fā)動機為四杠發(fā)動機，其中振動的頻率基本上控制在25-35Hz之間，因為受到激振頻率3Hz原則的影響，所以當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在整個汽車中的模態(tài)會在原來的基礎(chǔ)上下降3Hz，在這一過程中需要對發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動進行充分的考慮，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)放置在整車中的1階模態(tài)目標值設(shè)置在37Hz以上。從表1當中所體現(xiàn)出的相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，該車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真1階模態(tài)頻率為28.42Hz，由此可以看出，轉(zhuǎn)向仿真與實際目標值之間存在著非常大的差距。針對這種現(xiàn)象，需要針對該車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行相應(yīng)的優(yōu)化工作，只有這樣才能對怠速狀態(tài)下的振動問題實現(xiàn)合理解決。

在對該車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行優(yōu)化的過程中，因為不能對支架幾何拓撲結(jié)構(gòu)進行大范圍的調(diào)整和修整，所以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的相關(guān)零件厚度是對模態(tài)頻率產(chǎn)生影響的主要原因。要想實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的合理優(yōu)化，首先應(yīng)該對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中相關(guān)零件厚度進行合理的劃分和分配，在保證系統(tǒng)質(zhì)量比較輕的基礎(chǔ)上，從而滿足NVH性能對于模態(tài)特性方面的相關(guān)要求。

在本文實驗當中，主要是采用靈敏度分析法完成了對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件厚度的優(yōu)化工作，對MSC.Nastran求解器進行了充分的利用，在此基礎(chǔ)上對完成對相關(guān)零件厚度的分析工作，對整體質(zhì)量以及各個階模態(tài)頻率的靈敏度進行了明確，然后結(jié)合最終靈敏度的大小完成了對鈑金件厚度的優(yōu)化工作。該車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中一共涉及到了五十一個零件，經(jīng)過調(diào)查分析來看，其中有十六個零件對模態(tài)頻率以及整體質(zhì)量有著較大的影響，所以將這十六個零件的厚度作為實驗過程中的主要設(shè)計變量。在對相關(guān)條件進行約束的過程中，主要是將方向盤四個方向的抖動頻率控制在37Hz以上，將整體最小質(zhì)量作出主要的優(yōu)化目標，將厚度的變化步長控制為0.1mm。

2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化前后對比分析

2.1優(yōu)化前后有限元對比分析

在CAE優(yōu)化工作開展之后，然后利用MSC.Nastran有限元軟件完成了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)的仿真分析工作，然后與優(yōu)化之前的結(jié)果進行了深入的分析和對比，優(yōu)化之前與優(yōu)化之后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)頻率如下表2所示。通過表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以看出，在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行相應(yīng)的優(yōu)化分析工作之后，每階頻率與之前相比都有了上升的趨勢，其中方向盤的1階抖動頻率從28.42Hz上升到了37.47Hz，最終達到了目標值37.00Hz的相關(guān)要求。

表2優(yōu)化前后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)頻率對比

2.2優(yōu)化前后實驗測試對比分析

在試驗工作開展之前，分別對兩輛車進行了相應(yīng)的評價分析工作，其中1號車屬于沒有進行優(yōu)化的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而2號車根據(jù)CAE分析方案中的內(nèi)容對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了相應(yīng)的優(yōu)化工作。根據(jù)最終的評價結(jié)果顯示，2號車與1號車進行對比來看，2號車在怠速狀態(tài)下當握住方向盤時，會明顯感覺到方向盤的振動現(xiàn)象逐漸降低，在對test.Lab模塊充分利用的基礎(chǔ)上，然后對怠速狀態(tài)下方向盤振動開展了相應(yīng)的客觀測試工作，然后與優(yōu)化工作實施之前的測試結(jié)果進行了相應(yīng)的對比分析工作，最終的分析結(jié)果如下表3所示。從表3當中所呈現(xiàn)出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以了解到，在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行優(yōu)化之后，其方向盤的振動RSS值由原本的0.99m/s2降低到了0.41m/s2，其中振動與原來相比降低了59%，可以滿足目標值的相關(guān)要求。

表3

優(yōu)化前后測試結(jié)果對比分析

為了可以對優(yōu)化之后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性進行更深一步的明確，在試驗過程中對主觀評價的正確性、怠速狀態(tài)下客觀測試結(jié)果的準確性以及最終CAE優(yōu)化方案的可實施性等進行了深入的分析，在這一過程中對test.Lab的ImpactTesting模塊進行了充分的利用，在此基礎(chǔ)上針對已經(jīng)優(yōu)化之后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開展了相應(yīng)的模態(tài)試驗工作，然后對最終的試驗結(jié)果做出了總結(jié)，與優(yōu)化工作開展中之前的結(jié)果進行了相應(yīng)的對比分析工作，最終的分析結(jié)果圖下表4所示。根據(jù)表4中所呈現(xiàn)出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以了解到，在對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行優(yōu)化之后，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1階固有頻率從28.85Hz上升到了38.34Hz，一共上升了32.9%，由此可以看出，不處于四缸發(fā)動機怠速激勵25-35Hz的頻率反范圍之內(nèi)。并且優(yōu)化之后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)振動與之前相比有了非常大的改善，該車整體的NVH性能有了非常明顯的提升。

結(jié)語：

綜上所述，在試驗過程中將CAE仿真與驗證試驗方法之間實現(xiàn)了有效的結(jié)合，可以對方向盤振動現(xiàn)象