前言

NVH（ Noise、Vibration、Harshness ）是衡量汽車制造質量的一個綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接的。有統計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和汽車的NVH問題有關系，而各大汽車企業有近20%的研發費用花費在解決汽車的NVH問題上。在汽車NVH開發過程中，仿真是其中非常重要的一部分，可以在前期進行性能分析和改善，在后期可提供方向指導和建議參考。

一、NVH的重要性

首先我們必須來理解一下NVH的重要性：

NVH的好壞是顧客購買汽車的一個非常重要的因素；

NVH影響顧客的滿意度：在所有顧客不滿足的問題中，約有1/3是與NVH有關；

NVH影響到售后服務：約1/5的售后服務與NVH有關。

NVH開發是一個目標制定-分解-驗證的過程

Benchmark分析

——數據庫數據

——競爭車的比較測試與分析（主觀與客觀）

目標設定

——確定市場及競爭目標

——考慮成本、重量、與其他系統之間的平衡

——確定目標

目標分解

設計認證

圖1 CAE在NVH開發中的地位

圖2 NVH仿真的主要內容

二、NVH仿真主要包括哪些內容？

NVH仿真通常包括以下內容

1、競品車 NVH分析；

2、目標定義（根據競品車和相近車型）；

3、開發車型NVH分析及優化（包括開發的前期各階段）；

4、開發車型的試驗相關性及模型標定；

5、實車問題跟蹤及解決方案；

結構NVH分析包括以下分析（不限于）：

（1）車身骨架系統

車身模態分析、車身彎曲剛度分析、車身扭轉剛度分析、車身接附點動剛度分析（包括底盤安裝點及附件安裝點）、車身鈑金靈敏度分析、車身阻尼片布置分析、車身局部安裝點靜剛度分析（如座椅及安全帶卷收器）等；

NVH仿真通常包括以下內容

（2）底盤系統

轉向系統模態分析、動力傳動系統模態分析、傳動系統扭振分析、懸置系統模態分析、關鍵支架及系統模態分析等；

（3）Trimmed Body級

TB模態分析、GPA分析、PACA分析、FRF分析、聲腔模態分析、NTF分析、VTF分析、IPI分析（一般放在車身里分析，可在早期進行優化分析）；

（4）整車級

整車模態分析、整車TPA分析、整車路噪分析（如怠速、加速分析）、動力總成質心靈敏度分析、整車Spindle靈敏度分析、傳動軸不平衡分析、輪胎不平衡分析、整車Brake Shudder分析、整車Impact分析、整車冷卻風扇不平衡分析等；

1、基本概念-NVH

NVH——Noise，Vibration，Harshness

Noise——噪聲

——主要分析頻率范圍：20-5000Hz

——通過頻率特性、幅值和品質來評價

Vibration——振動

——主要分析頻率范圍：0.5-50Hz

——通過頻率特性、幅值和方向來評價

Harshness——

——翻譯過來有如粗糙度、平順性等；？

——主要指的是由于振動噪聲的綜合影響導致的粗糙、刺耳和不和諧的感覺

——主要與路面的激勵有關

——研究頻率范圍：低頻

圖3 傳遞函數定義

注：

1、車身靈敏度表征的是車身在外部激勵（振動、噪聲）條件下產生響應的程度；

2、對一個線性系統來說，靈敏度與輸入和輸出沒有關系；

3、但是對一個非線性系統，靈敏度不僅與系統有關，還與輸入和輸出有關；

4、在工程上，可以把車身近似看成一個線性系統，即從這層意義講，靈敏度反應了車身系統的特征。

2、基本概念-傳遞函數（動剛度IPI）

動剛度分析方法一般采用模態頻率響應方法，對車身某一點進行激勵，得到同一點的響應，即為原點動剛度。通過運動方程可得到動剛度為：Kd=F/X，動剛度是與激勵頻率有關的函數，隨著頻率ω 的變化而改變，包含實部和虛部。

圖4 動剛度定義

圖5 動剛度分析結果

3、基本概念-傳遞函數（振動傳遞函數VTF）

振動傳遞函數分析的激勵點位置與動剛度分析的激勵點位置相同，但是對于VTF分析而言，響應點位置為座椅安裝點、換擋手柄、方向盤等。

圖6 振動傳遞函數定義

圖7 振動傳遞函數分析結果

（減震器左前安裝點-方向盤12點）

4、基本概念-傳遞函數（噪聲傳遞函數NTF）

噪聲傳遞函數分析的激勵點位置與動剛度分析的激勵點位置相同，但是對于NTF分析而言，響應點位置為駕駛員、副駕駛員右耳位置、后排內外耳等。

圖8 噪聲傳遞函數定義

圖9 噪聲傳遞函數分析結果

（減震器左前安裝點-駕駛員右耳）

5、車身安裝點動剛度常見優化方法簡略

（1）接附點動剛度是局部點剛度特性，在實際優化過程中，可以結合應變能、模態、ODS等，如將L形改為幾字形、開口截面改為封閉截面、增加加強筋、優化接頭、搭接合理、增加合適的加強件、厚度、……等。

（2）可以參考相近車型結構，如某車型右懸置與輪罩搭接，提升右懸置Y向動剛度，這種結構現應用非常普遍。

（3）動剛度在整車NVH開發中具有非常重要的地位和作用，其性能好壞直接影響整車NVH性能，在前期動剛度分析中，特別是關鍵點的動剛度最好能優化到合理水平。

（4）應變能：固體在外力作用下，因變形而儲存的能量稱為應變能。

圖10 應變能基礎

圖11 某雨刮安裝點法向動剛度優化

（由199N/mm提升至876N/mm）

6、振動傳遞函數常見優化方法簡略

（1）振動傳遞函數分析能夠較為直觀的給出車身結構對振動激勵的響應程度，在設計初期對結構振動傳遞性能進行評價，針對性能較差的路徑進行識別，為后續的結構優化指明方向。車內噪聲對激勵大小的敏感程度，被成為振振傳遞函數或者靈敏度。

（2）車內關鍵點（方向盤、座椅導軌、地板、換擋手柄等）對激勵大小的敏感程度；

（3）常見優化方法：應變能法、模態法、ODS、模態貢獻量法等；

圖12 VTF優化方法-MPA優化方法

7、噪聲傳遞函數常見優化方法簡略

（1）噪聲能夠較為直觀的給出車身與聲腔對結構激勵噪聲的影響程度，為后續的噪聲結構優化指明方向。在外力的激勵下，車內產生噪聲。車內噪聲對激勵大小的敏感程度，被成為聲振傳遞函數或者靈敏度，

（2）人耳能聽到20-20KHz的聲壓。人耳剛能聽到的聲音叫聽閥，聽起來受不了的聲音叫痛閥。聲壓從可聽閥到痛閥，范圍很大，為便于比較，噪聲大小用聲壓來度量，即由空氣壓力波動的幅值來度量。通常用對數表示，稱為聲壓級（dB），聲壓是標量。

（3）常見優化方法：GPA、PACA、MPA、模態法、ODS等；

圖13 GPA分析結果

圖14 懸置安裝點優化結果

8、車身安裝點動剛度優化實操

Step by step演示操作動剛度優化流程以及結果后處理細節和方法。

圖15 動剛度優化實操結果

四、小結

1、剛度是指結構或材料抵抗變形的能力。由于結構或材料所受荷載的不同，可能受到靜載荷或動載荷，因此，剛度又分為靜剛度和動剛度。當結構或材料受到靜載荷時，抵抗靜載荷下的變形能力稱為靜剛度；當受到動載荷時，抵抗動載荷下的變形能力稱為動剛度。結構或材料既有靜剛度又有動剛度。白車身動剛度分析所考察的是在所關注的頻率范圍內該接附點的剛度水平，剛度過低可能會引起更大的振動或噪聲；

2、振動傳遞函數是NVH中的第一大影響，直接反映了人的觸覺的感受情況，像手握方向盤、座墊、地板、換擋手柄等；

3、噪聲傳遞函數是NVH中的第二大影響，直接反映了人的聽覺的感受情況，像怠速、加速轟鳴等，直接的感受就是在某個頻率上或頻率段感覺非常難受。

通過NVH分析中的傳遞函數相關分析，要理解以下內容：

（1）要理解傳遞函數分析的實際意義

（2）掌握常用傳遞函數的分析優化方法

（3）在前期盡可能多做優化，多提方案，后期實車問題中，積極參與，充分體現NVH CAE的作用和價值等。

責任編輯：xj

原文標題：車企為何20%研發預算花在NVH？淺談汽車NVH仿真！

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