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(duì)某車型怠速時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能存在的問題進(jìn)行深入的分析，在此基礎(chǔ)上將仿真分析與試驗(yàn)測(cè)試方法之間實(shí)現(xiàn)了有效的結(jié)合，然后針對(duì)車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能優(yōu)化措施進(jìn)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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活舒適度提出了更高的要求，從而對(duì)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(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲現(xiàn)象，并且駕駛員可以對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行直接的感受，對(duì)于整個(gè)汽車NVH性能的發(fā)揮產(chǎn)生了非常重要的影響。在對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及儀表板總成進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)有限元法進(jìn)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(shí)還能對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與儀表板安裝橫梁總成的NVH性能進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限元模型進(jìn)行構(gòu)建的過程中，主要是采用Hypermesh有限元軟件來進(jìn)行，在對(duì)有限元模型進(jìn)行計(jì)算的過程中，保證最終的計(jì)算結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上針對(duì)該模型進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化處理工作，比如對(duì)安全氣囊進(jìn)行了集中的模擬，在對(duì)鈑金件進(jìn)行模擬的過程中，主要是采用shell單元來進(jìn)行，在對(duì)方向盤以及是十字節(jié)進(jìn)行模擬時(shí)，采用實(shí)體單元方法來進(jìn)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(duì)最終的結(jié)果進(jìn)行求解，其計(jì)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(yàn)結(jié)果對(duì)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(yàn)測(cè)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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)結(jié)果分析與計(jì)算的基礎(chǔ)上，可以對(duì)有限元模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行有效的判定。

1.3模態(tài)優(yōu)化

結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率之間存在共振現(xiàn)象，這就會(huì)造成在怠速狀態(tài)下時(shí)，方向盤產(chǎn)生非常大的振動(dòng)現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)中所選擇的車型發(fā)動(dòng)機(jī)為四杠發(fā)動(dòng)機(jī)，其中振動(dòng)的頻率基本上控制在25-35Hz之間，因?yàn)槭艿郊ふ耦l率3Hz原則的影響，所以當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在整個(gè)汽車中的模態(tài)會(huì)在原來的基礎(chǔ)上下降3Hz，在這一過程中需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)進(jìn)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(biāo)值設(shè)置在37Hz以上。從表1當(dāng)中所體現(xiàn)出的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)際目標(biāo)值之間存在著非常大的差距。針對(duì)這種現(xiàn)象，需要針對(duì)該車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化工作，只有這樣才能對(duì)怠速狀態(tài)下的振動(dòng)問題實(shí)現(xiàn)合理解決。

在對(duì)該車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，因?yàn)椴荒軐?duì)支架幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)模態(tài)頻率產(chǎn)生影響的主要原因。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的合理優(yōu)化，首先應(yīng)該對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中相關(guān)零件厚度進(jìn)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(duì)于模態(tài)特性方面的相關(guān)要求。

在本文實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，主要是采用靈敏度分析法完成了對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件厚度的優(yōu)化工作，對(duì)MSC.Nastran求解器進(jìn)行了充分的利用，在此基礎(chǔ)上對(duì)完成對(duì)相關(guān)零件厚度的分析工作，對(duì)整體質(zhì)量以及各個(gè)階模態(tài)頻率的靈敏度進(jìn)行了明確，然后結(jié)合最終靈敏度的大小完成了對(duì)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(gè)零件，經(jīng)過調(diào)查分析來看，其中有十六個(gè)零件對(duì)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(gè)零件的厚度作為實(shí)驗(yàn)過程中的主要設(shè)計(jì)變量。在對(duì)相關(guān)條件進(jìn)行約束的過程中，主要是將方向盤四個(gè)方向的抖動(dòng)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(biāo)，將厚度的變化步長(zhǎng)控制為0.1mm。

2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化前后對(duì)比分析

2.1優(yōu)化前后有限元對(duì)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(jìn)行了深入的分析和對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)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(shì)，其中方向盤的1階抖動(dòng)頻率從28.42Hz上升到了37.47Hz，最終達(dá)到了目標(biāo)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(duì)比

2.2優(yōu)化前后實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比分析

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

表3

優(yōu)化前后測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

為了可以對(duì)優(yōu)化之后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性進(jìn)行更深一步的明確，在試驗(yàn)過程中對(duì)主觀評(píng)價(jià)的正確性、怠速狀態(tài)下客觀測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性以及最終CAE優(yōu)化方案的可實(shí)施性等進(jìn)行了深入的分析，在這一過程中對(duì)test.Lab的ImpactTesting模塊進(jìn)行了充分的利用，在此基礎(chǔ)上針對(duì)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(yàn)工作，然后對(duì)最終的試驗(yàn)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(jìn)行了相應(yīng)的對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)機(jī)怠速激勵(lì)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(dòng)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(yàn)過程中將CAE仿真與驗(yàn)證試驗(yàn)方法之間實(shí)現(xiàn)了有效的結(jié)合，可以對(duì)方向盤振動(dòng)現(xiàn)象