关于CAE 仿真与NVH 噪声测试分析系统的应用研究

作者：文/ 李可 罗水富 杨文广 何高海 来源：《时代汽车》 2020年第16期

李可 罗水富 杨文广 何高海

珠海银隆新能源股份有限公司 广东省珠海市 519000

摘 要：本文针对新能源纯电动汽车的整车底盘噪声异响、振动等问题，通过案例重点讲述了CAE仿真系统与NVH噪声测试分析系统的应用、研究，两者是如何的有效应用解决了NVH问题，为纯电动汽车行业的整车NVH系统问题分析、解决方向提供参考思路。

关键词：CAE仿真 NVH噪声测试分析系统 激励 整车模态

Application Research of CAE Simulation and Analysis System of NVH Noise Test

Li Ke Luo Shuifu Yang Wenguang He Gaohai

Abstract：This article focuses on the application and research of the CAE simulation system and the analysis system of NVH noise test based on the chassis noise and vibration problems of the new energy pure electric vehicle. How the two are effectively applied to solve the NVH problem provides reference ideas for the analysis and solution direction of the vehicle NVH system problem in the pure electric vehicle industry.

Key words：CAE simulation, NVH noise test analysis system, excitation, vehicle modal

随着生活质量的提高，人们对汽车的噪声（noise）、振动（vibration）、声振粗糙度（Harsh-ness）（简称（NVH）有越来越高的要求[1-1]。相对传统内燃汽车，新能源纯电动汽车因其搭载了动力电池作为驱动能源，其NVH问题产生的来源主要为驱动电机NVH、底盘NVH、车身NVH三大部分。同时因动力电池、大功率器件主要分散布置在车身底板及后舱位置，由此形成了“多声源散布”[1-2]的特征，具有整车噪声水平较低、噪声源分布更加分散、容易引发新的异常噪声问题、高频噪声现象突出等问题[1-3]。这些问题直接影响到乘员的舒适性主观感受[1-4]；解决整车噪声、振动问题，涉及的是NVH系统性的问题，例如有些车辆行驶时乘员感受车厢内地面噪声振动大，查源头在车桥主减，但这一个噪声振动问题可能涉及到三个部件，一个是车桥主桥本身匹配产生噪声，一个整车减振效果差，一个是驱动电机、车桥与车架形成共振激励放大导致，这是一个相互关联的系统问题，因此在研究纯电动汽车的NVH问题时，有时并不能直接照搬内燃机汽车的相关方法和理论。下文就CAE仿真与NVH噪声测试分析系统如何结合，解决纯电动车后桥噪声、振动问题的进行阐述。

1 6.8米纯电动车辆噪声、振动问题

6.8米纯电动车辆，动力总成采用永磁同步电机，极对数4对，槽数48个，驱动后桥速比5.29，空气弹簧悬挂，传动轴安装水平摆角为2°，垂直摆角为4°，车辆批量在47km/h～55km/h速度区间，存在批量后桥噪声大、振动的问题，极大影响整车乘坐的舒适性。

2 NVH测试分析系统

2.1 车内噪声分析

对车内噪声进行测试，通过对测试频谱分析方法分析[1-5]：在车速52km/h～55 km/h下，存在明显低频离散噪音，音质较差并伴有整车振动，噪音频率在206Hz～215Hz左右。

2.2 整车路试下的整车振动、噪音、转速、扭矩测试

整车振动：车内、电机、车桥、电机隔振下端；

整车噪音：驾驶员、后乘客门附近；

转速：电机传动轴；

扭矩测试：通过无线应变采集标定扭矩；

噪音阶次分析、振动阶次分析、扭矩波动分析[1-6]

测试结果：

整车启动至65km/h，存在210Hz～284Hz共振带，核心范围在225Hz～250Hz，传动轴转频7倍频成分明显，同时在52km/h时传动轴扭矩波动较大。

2.3 采用LMS设备进行初步诊断

主要对电机传动轴、后桥、导向臂、车架进行测试诊断，结合响应FRF曲线，可初步确定问题在导向臂与车架耦合引起的整车共振。

2.4 通道噪声振动专业设备精确诊断

使用通道噪声振动设备，进行两种工况的模态测试，测试结果表1：

通过以上NVH测试系统的综合分析，可以精确确认出引起整车振动噪声在传递路径上的问题定位，那么可以从激励源、传递路径、响应三点来提取解决方案[1-7]：

1）响应这块优化空间由于样车已生产，基本无改动空间；

2）激励源上是210Hz产生的源头，可以主动改变激励频率，来避开共振固频，比如改变后桥速比来改变激励频率

3）传递路径上结合NVH测试及分析，基本可以定位是激励源与导向臂固频耦合引起的整车振动，故可改变导向臂固频来改善NVH。我们主要从传递路径上结合CAE工具来进行NVH优化。

3 CAE仿真结合NVH的优化

根据前文NVH测试分析结论，车内振动、噪音、电机转矩瀑布图初步判断：共振带为210HZ-250HZ下面重点通过CAE仿真，对激励源与导向臂固频耦合的传递路径上进行优化。

3.1 整车模态分析

两导向臂反向，每根导向臂首尾反向，整车202.5Hz，与试验相同振型下202.288Hz非常吻合。因整车计算需要花费较长时间，在此只对底盘进行模态计算，发现相同振型条件下固频为214.8Hz，存在一定的可接受误差范围内。为了提高效率，对整改方案的验证采用单独的底盘进行计算[1-8]。

通过改变导向臂质量分布来改变导向臂的振型及固频，本节主要是基于导向臂+车底架+后桥进行仿真，仅做横向对比衡量质量改变策略及相应的固频及响应。根据试验采集结果，在电机转轴与后桥连接的地方施加x方向的简谐荷载以模拟电机的作用。从试验及理论分析可知，激励频率为210HZ左右，因此主要中心210HZ附近的响应，并验证其固频特性，结果对比如表2：

增加辅助板后，共振峰后移，即共振峰所在的频率升高，更加远离210HZ，发生共振的风险降低。同时固频提高，峰值频率增大，峰值大小降低。

跟原方案比较，增加10mm辅助板后，67114节点的加速度幅值由26.68mm/s2降低至3.84mm/s2，降低了48.13%

跟原方案比较，增加10mm辅助板后，67318节点的加速度幅值明显降低，在210Hz～250Hz范围内共振峰消失。

4 结论

本文先通过使用NVH系统对整车噪声、振动的进行系统性测试、分析，锁定确整车噪声、振动的问题点是在导向臂与车架耦合引起的整车共振，从共振的激励源、传递路径、响应点三方面考虑，结合CAE仿真分析，通过模拟改变导向臂固频，即是在导向臂上增加10mm辅助板后，使加速度幅值明显的降低，最终实现了整车NVH系统噪音、振动优化、改善，满足了乘客乘坐的舒适性要求。

本文通过问题的解决，阐述了NVH噪声测试系统与CAE仿真系统如何在整车上的应用与研究，实际整车NVH问题是个复杂性、系统性问题[1-9]，通过CAE仿真可以多方式、多方面的的解决问题，本文不在一一阐述，CAE仿真与NVH系统在整车应用、研究，需要我们后续不断的深入探索、研究。

参考文献：

[1]范习民，陈剑，宋萍等.基于系统工程原理的汽车NVH正向设计流程[J].农业装备与车辆工程，2007（7）；3-5．

[2]张立军，缪维佳.电池汽车振动和噪声问题研究展望[J].清洁汽车技术创新发展论坛.2008．

[3]朱宇. 纯电动汽车车内声品质分析评价研究[D]. 长春：吉林大学仪器科学与电气工程学院，2013.

[4]冯志鹏.汽车的NVH技术[D].武汉:东风汽车有限公司.2006，09.

[5]周永麟.汽车噪声原理、检测和控制[M].北京:中国环境科学出版社，1992.

[6]李传兵.汽车的NVH测试技术与应用[R].西安：长安汽车有限公司，2008.11.

[7]尹磊磊，蒋雄猛，邱群虎等.某车型怠速开空调共振现象优化[D].装备制造技术，2018.

[8]毛剑琴，卜庆忠，张杰等.结构振动控制的新进展[J].振动控制理论及应用，2001.

[9]李洪亮，丁渭平，王务林.汽车噪声控制技术的最新进展与发展趋势[J].汽车技术，2007.04.