汽车车身NVH特性分析与结构优化设计
汽车驱动桥NVH性能分析与优化
汽车驱动桥NVH性能分析与优化摘要：为实现汽车驱动桥NVH性能的分析与优化，本文中建立了驱动桥NVH性能分析与优化流程及方法，对分析过程中所应用的有限元、振动响应、声学仿真和拓扑优化等方法进行了综合研究，恰当地选取了分析方法、计算方法、分析软件。
然后，以某车在60～65km/h加速行驶工况出现噪声大的问题为例进行分析与优化。
最后，对优化后驱动桥进行整车NVH测试，验证了所建立的分析流程及方法的有效性。
关键词: 汽车驱动桥；有限元分析；振动响应；声学仿真分析；NVH测试前言(3)后驱动桥是汽车底盘传动系统的重要组成部分，同时也是主要噪声源之一，它的NVH性能对整车NVH性能有直接影响。
学者对后驱动桥NVH性能的分析与优化开展了大量研究。
虽然研究对汽车驱动桥NVH性能分析与优化做了很多工作，取得许多成果，但仍然存在一些不足。
1 驱动桥 NVH 性能系统分析流程模态分析对后驱动桥进行模态分析，目的是得到各阶模态频率，来确认其是否与其他激励源产生共振。
前期研究结果表明，后桥噪声主要是主减速器齿轮啮合冲击通过轴承传至后桥壳产生振动引起的辐射噪声，差速器在普通工况下一般不起作用，本文中主要是对后桥壳进行模态分析。
1.1 有限元建模采用 UG 软件系统建模，网格划分过程中，主减速器壳选取四面体单元划分，单元质量主要控制参数如表1所示，最后给各个部件赋相应的厚度和材料属性，如表2所示。
将模型导入ansys workbench软件，得到有限元模型。
2 振动响应分析振动响应分析的目的是确定响应较大部位，以实现后续精准优化。
频率响应分析是指结构对某载荷(可以是冲击载荷，也可能是一频率在一定范围内的载荷)的响应。
根据驱动桥噪声机理，以及驱动桥NVH性能分析需要，在进行频率响应分析前，需要先计算其轴承的载荷。
使用模态分析结果，计算桥壳振动响应，求解已知1～2000 Hz频段的所有结果。
将频率范围设成1～2000Hz。
选择模态叠加法来进行分析，ANSYS workbench求解，得到结果。
车身结构优化设计与性能分析
车身结构优化设计与性能分析一、前言汽车行业经历了长达一个世纪的发展，车身结构也随之不断进化。
从最初的单纯金属制造到现在的多材料结构，每一次的演变都让汽车更加安全与高效。
本文将从车身结构的优化设计入手，探讨如何提高汽车性能。
二、车身结构的优化设计1. 材料选择在过去，车身结构主要是由钢铁等金属材料构成，但现在随着新材料技术的不断发展，更多的新材料被应用于车身结构上。
比如碳纤维，它的强度和刚度比钢铁还高，同时它的重量却要轻很多，可以大大减轻汽车的整体重量，提高汽车的燃油效率和节能性能。
2. 结构设计车身结构设计需要考虑车辆的性能和安全性。
为了达到这些目标，工程师们通常会采用一些设计手段来确保车辆在各种条件下的安全性和性能。
例如，在汽车碰撞时，工程师必须确认车身结构能承受撞击力，并且车内乘客得到足够的保护。
设计车身结构时，还要考虑到气动以及流体力学特性，以确保汽车在高速行驶的过程中能够保持稳定的行驶。
3. 仿真计算与传统的试错方法相比，仿真计算可以更加快速而精确地对车身结构进行评估，减少时间和成本。
使用高效的计算机仿真软件，工程师们可以对施力、载荷、应力、扭矩和应变等因素进行详细的分析和优化。
在此基础上，设计出更加优异的车身结构，缩短研发周期，提高产品质量。
三、车身结构性能分析1. 刚度车身结构的刚度对于汽车牵引、平稳行驶、路面过滤等方面的表现有极大的影响。
由于车身结构的强度和刚度取决于材料和构造，在材料性能相同时，通过合理结构设计和优秀的组装工艺可以极大提高车身的刚度。
2. 强度车身结构的强度代表着汽车在受到外力冲撞时对撞击力的抵抗能力。
因此，提高车身的强度可以保证汽车在各种行业标准测试下的安全性能。
3. 抗拉能力抗拉能力是车身结构性能的一个重要指标，它代表了车身在受到拉力时的能力。
因此，车身结构的材料和结构设计需要具备足够的抗拉能力，以确保车辆在行驶过程中不易损坏。
4. 范德瓦尔斯力分析驾驶车辆时，车身的稳定性对乘客的感觉和安全性都是非常重要的。
整车NVH性能优化研究
整车NVH性能优化研究近年来，随着汽车工业的快速发展，车辆的噪声、振动、刺激性等惯性噪声引起了人们越来越多的关注。
这种情况迫使汽车制造商采取更多措施来降低舒适度不佳的问题，提高车辆的NVH性能，以满足汽车消费者对舒适乘坐的追求。
NVH是指车辆的噪声、震动和刺激性表现。
具体地说，NVH的性能包括减少车辆内部噪声、提高车辆行驶平稳性、降低震动等方面。
为了实现这些优化，汽车制造商必须采用全面的方法，以确保整车NVH性能的合理性。
改善车辆NVH性能的方式非常多，主要包括减小噪声振动、降低结构声响、改善空气动力噪声振动、改变排气声噪性、减少底盘噪声、在车辆设计中考虑座椅阻尼和不适感、将吸音材料应用于车辆地板等方面。
下面将分别对这些方法进行深入探讨。
首先，减小噪声振动是改善车辆NVH性能的重要方法之一。
为实施此方法，汽车制造商可以通过改变车辆结构、加强座椅振动吸收能力、采用恰当的排气噪声吸附材料等一系列措施来达到减少噪声振动的效果。
其次，降低结构声响是改善车辆NVH性能的另一种方法。
为了实现这种解决方案，汽车制造商可以在车辆构造设计中采用一些新型材料，如碳纤维、玻璃纤维等，以最大程度地减少结构声响。
第三，采用优良的空气动力噪声振动是改善车辆NVH性能的一个重要方案。
为了实现这种方案，汽车制造商可以采用一些新型的气动噪声降低技术，如关注表面细节、使用低圆周数引擎等，以实现低空气动噪声振动的目的。
第四，改变排气声噪性也是改善车辆NVH性能的有效方法之一。
为了实现这个目标，汽车制造商可以使用一些特殊的喇叭材料和设计技术，以更好地控制排气声音，并在车辆设计中重视音量控制。
第五，在车辆设计中考虑座椅阻尼和不适感也是改善车辆NVH性能的有效工作之一。
为了实现这个目标，汽车制造商可以通过考虑座椅填充物的弹性、结构和形状等因素，以降低车辆座椅的不适感，并最小化座椅的振动传递。
最后，将吸音材料应用于车辆地板是改善车辆NVH性能的有效方法之一。
关于车身NVH性能设计分析
关于车身NVH性能设计分析摘要:汽车NVH性能是汽车研发人员重点关注的性能指标。
为此,提出了汽车产品开发过程的车身 NVH 性能设计策略。
通过车身结构设计、阻尼设计、密封设计、阻隔设计、补强设计、吸声设计、隔声设计、低风噪设计方法实现 NVH 性能提升。
关键词车身结构; 噪声; 振动; 开发流程; NVH1 汽车NVH问题来源1.1 动力总成激励动力总成的振动噪声源来自热力过程的周期性和部分受力杆件的往复运动,可分为机械噪声、燃烧噪声、空气动力噪声。
机械噪声发生在运动部件上,在气缸压力和运动部件惯性力的作用下,运动部件产生冲击和振动而引起噪声;燃烧噪声发生在气缸中,燃烧气体产生的压力波冲击气缸壁,使得气缸产生振动辐射出噪声;空气动力噪声是发动机周期性进气和排气引起气体流动而产生的噪声,主要发生在进气口和排气口位置。
动力总成的振动通过发动机悬置、排气系统挂钩、进气系统支架传递到车身,引起车身振动,从而产生车内噪声。
1.2 路面激励汽车在路面上行驶时,轮胎与路面不断地局部挤压和释放,造成垂向激振力;在汽车行驶过程中轮胎与路面在接触面持续地滚挤、释放,造成纵向激振力。
1.3 风激励风噪声按风激励对象和变现形式不同来划分,可划分为风振噪声、脉动噪声、空腔噪声、气吸噪声。
高速气流作用在车身上后产生压力脉动,造成涡流扰动的脉动噪声;汽车行驶时打开天窗或侧窗玻璃时,在窗口位置气流涡流运动频率与车内声腔频率共振产生风振噪声;高速气流进入车身外部件之间的间隙空腔振荡进而产生空腔噪声。
2 汽车NVH开发流程汽车NVH开发流程主要分为:目标设定→目标分解→设计→性能验证→量产。
在目标设定阶段的工作主要是项目团队对目标市场的竞品车型进行 NVH 性能参数测试,制定整车 NVH 性能目标。
在目标分解阶段,项目团队对各个子系统进行目标设定,如对动力、悬架系统设定连接点的位移量,对车身系统设定模态、声灵敏度等。
通过各子系统的性能目标实现达到整车 NVH 性能目标要求。
汽车车身的设计第五章 车身NVH特性的研究
•
车内低频噪声的计算
– 一般是利用有限元方法实现 ① 将车内空腔划分网格，建立有限元模型 ② 车内空腔与车身结构模型耦合，建立声固耦合模型 ③ 计算车室空腔的声学特性，车内噪声响应
中高频（300Hz以上）NVH特性的仿真
– 应采用建立在空间声学和统计力学基础上的统计能量分 析（SEA）方法
•第三节 刚弹耦合系统 的仿真分析
法
一、整车NVH目标的确定
二、NVH目标的分级
三、NVH设计中的CAE方 法介绍
新开发汽车的分级
1. 参考BIC汽车的基本数据实现 2. BIC的系统和部件NVH特性水平作为初始设计目标
3. 再根据经验，结合实际情况进行修改，作为早期系统和 部件的NVH目标
4. 结构设计师按照部件的目标要求进行结构设计
一、刚弹耦合系统的 建模理论
二、模型的建立与仿 真分析
• 有限元方法 + 多刚体系统动力学方法，建立整车的刚 弹耦合模型，预测车身的振动和车室内的声压
•第三节 刚弹耦合系统 的仿真分析
一、刚弹耦合系统的 建模理论
二、模型的建立与仿 真分析
1．用模态方法描述弹性体—模态综合法
• 动力缩减-部件模态综合法CMS
•第一节 汽车NVH特性 •
一、概述
•
二、声学基础理论
三、汽车中的NVH现象
四、车身的NVH特性 •
1.噪声的客观量度
声压p——是指媒质受到声扰动后压强的改变量。设静态大 气压强为p0，空气受到声扰动后的压强为p，则
声强I——在单位时间内流过垂直于声传播方向上的单位面 积的平均声能通量
I wc0
• 车外噪声
– 城市环境主要的噪声源，必须严格控制
基于NVH性能的汽车车身结构设计
还有散热器安装点和排气管吊挂点等；
强板，形成的立体结构能达到大幅度提升安装点动刚
2）车身整体静刚度：主要包括车身整体扭转刚度、 度的效果。
整体弯曲刚度；
对车身前、后悬架安装点处施加 ，， 向单位激
3）车身整体模态：包含 TB模态和 BIW 模态，主要 励，在 0800Hz的频率范围内，要求计算结果大于等
2第0169（期6）
Design-Innovation
技术聚焦
大致可以分为 7个部分：
当单层加强板提升动刚度不能满足要求时，可通
1）车身重要安装点动刚度：主要包括前、后悬架与 过更改固定点结构形式，即采用 2道加强板构成立体
车身的连接点，动力总成在车身上的悬置点等，此外， 结构进行加强。将普通螺母改为套管螺母，连接 2层加
尤其是薄板面刚度和各种功能件的安装点刚度；
几何图形边边相连，形成一个坚固的壳体。但是受限于
6）车身声腔模态：包括车身上所有腔体内区域的 车身的功能需求，车身的架构虽不能规则如球状，但是
[3]
特性以达到控制振动和噪声的目的 。在设计开发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ段
就应该严格控制车身的振动噪声，使其达到较好的效
[4]
果 。基于此，文章从车身结构角度出发，探讨提升车辆
NVH性能的方法，为车身结构设计提供参考。
! 汽车 "#$ 概述
%&! "#' 发生机理
激励源
传递系统
响应系统
主观感受
发动机 变速箱 轮胎 路面 气流
[2]
展方向 。与此同时，国际市场越来越严格的汽车噪声 的主观感受。
标准对车辆的准入设定了更高的限制。在此背景下，车
辆的 NVH性能正在成为汽车研发过程中最为重要的
整车NVH性能分析及优化研究
整车NVH性能分析及优化研究近年来，随着汽车的不断发展与普及，消费者对驾驶舒适性的要求也越来越高。
而整车的NVH （Noise, Vibration, and Harshness）性能是影响驾驶舒适性的重要因素之一。
因此，如何进行整车NVH性能分析及优化研究，成为了当前汽车工业面临的一个重要课题。
整车NVH性能分析的基础是对NVH的三个构成要素进行深入了解。
其中噪音是指声音造成人类耳朵中非常不愉悦的刺激，振动是指物体的周期性或非周期性的运动，包括自由振动和强迫振动，而且通常是场景共振引起的。
调和性(Harshness) 是指任何严厉或刺耳的质感，通常来自电气或机械系统中的高频振动和噪声。
而整车NVH性能则是指汽车在行驶过程中所产生的噪音、振动和严厉感。
为了针对整车NVH性能问题进行分析，必须首先对NVH产生的原理进行深入了解。
从噪声角度而言，汽车噪声的主要来源是发动机和排气系统、轮胎与路面的接触、风阻、发动机舱、空调风扇等各种设备系统，而针对这些噪声的降噪措施通常包括隔音措施、吸声措施和降噪措施等。
从振动角度而言，汽车的主要振动源是发动机、传动系统、底盘和车身等部分，因此对应的降振措施则通常包括强化接头间的减振和隔振装置等。
同时，消除汽车中的严厉感通常则是通过消除有害的噪声和振动源来达到的。
在进行整车NVH性能优化研究时，通常的方法是进行模型预测和试验研究。
模型预测主要通过CAD/CAM软件模拟汽车运行过程中的噪声、振动和严厉感，从而预测整车NVH性能情况。
而试验研究则是通过在实际汽车行驶过程中进行测量和分析，以验证模型预测的准确性，从而得出更加准确的优化结论。
综合以上分析，进行整车NVH性能分析及优化研究的关键在于准确理解NVH的构成要素及其产生的原理。
针对性地进行降噪、降振和消除严厉感的措施，也是关键的优化手段。
通过采用精细的软件预测和实际研究结合的方法，能够实现整车NVH性能的有效优化，有效提高汽车的驾驶舒适性和市场竞争力。
车身NVH技术
车身NVH技术随着现代社会的发展，汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具。
然而，一直以来，汽车噪音、振动和粗糙度（NVH）问题一直困扰着驾驶者。
为了提供更加舒适和安静的驾乘环境，汽车制造商致力于车身NVH技术的研发和改进。
本文将介绍车身NVH技术的原理和应用。
一、车身NVH技术的原理车身NVH技术主要通过减少噪音、振动和粗糙度，提高驾乘舒适性。
具体来说，它包括以下几个方面的内容：1. 噪音控制：通过采用吸音材料和隔音设计，减少外界噪音对车内的影响。
例如，在汽车车身结构中使用隔音板、吸音泡沫等材料，以减少引擎、轮胎以及来自道路的噪音传导。
2. 振动控制：通过设计和使用减振器、弹性悬挂系统等措施，减少汽车震动对驾乘舒适性和稳定性的影响。
例如，采用减振器来消除发动机和变速器的振动，使用弹性悬挂系统来吸收道路不平坦带来的振动。
3. 粗糙度控制：通过优化车身表面质量和设计，减少颠簸、颤抖感。
例如，改进车身焊接工艺，减少焊接缺陷和表面不平整，通过涂覆材料来改善表面质量。
二、车身NVH技术的应用车身NVH技术广泛应用于汽车制造业的各个环节，以下是几个重要的应用领域：1. 汽车设计：在汽车设计阶段，车身NVH技术被用于评估和优化车身结构，以最大程度地减少车辆噪音和震动。
通过使用噪音模拟软件和振动分析工具，汽车制造商可以提前预测和解决潜在的NVH问题。
2. 材料选择：在选择车身材料时，NVH性能是一个重要的考虑因素。
例如，吸音材料的选用可以有效地降低噪音传导，而轻质、高强度的材料可以减少振动和粗糙度。
3. 制造工艺：车身NVH技术在汽车的制造过程中也起到了重要的作用。
合理的焊接工艺、涂覆工艺和装配工艺可以减少车身表面的缺陷和不平整，提高车辆的质量和舒适性。
4. 检测和评估：在汽车制造完成后，车身NVH技术被用于进行噪音、振动和粗糙度的检测和评估。
通过使用专业的测试仪器和方法，制造商可以对车辆进行全面的NVH性能评估，以确保其符合相关标准和用户需求。
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2 有限元分析理论与车内噪声产生机理 ................................................................. 7
2.1 有限元法概述 ........................................................................................................................... 7 2.1.1 有限元法的发展及基本思想 ............................................................................................ 7 2.1.2 有限元法的基本步骤 ......................................................................................................... 7 2.1.3 有限元法在汽车工程中的应用 ........................................................................................ 9 2.2 声学有限元法 ......................................................................................................................... 10 2.3 车内噪声产生机理 ................................................................................................................. 10 2.3.1 结构噪声 .......................................................................................................................... 10 2.3.2 空气噪声 .......................................................................................................................... 11 2.3.3 声腔共鸣 .......................................................................................................................... 11 2.4 Hyperworks 简介 .................................................................................................................... 12 2.4.1 Hypermesh 介绍 ................................................................................................................ 12 2.4.2 Optistruct 介绍 .................................................................................................................. 13 2.4.3 Hyperstudy 介绍................................................................................................................ 13 2.5 本章小结 ................................................................................................................................. 13
A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for Professional Degree
By Hui Fei
Supervised by Prof. Zheng Ling Pluralistic Supervised by senior Engineer Suyu Specialty: ME （Automobile Engineering Field）
I
重庆大学硕士学位论文
II
英文摘要Βιβλιοθήκη ABSTRACTWith the improvement of requirement for vehicle comfort, improving NVH characteristics of vehicle is the principal means to upgrade the vehicle and improve the competitiveness. Based on a SUV, the finite element model of car body ,acoustic cavity and acoustical-structure interaction has been built. The characteristic of NVH has been analyzed, including BIW (body-in-white modal), vehicle modal, acoustic cavity modal, the torsion and bedding stiffness of BIW, acoustical-structure interaction NTF, acoustical-structure interaction VTF and acoustical-structure interaction IPI. Using the volume and one order torsion and bend frequency as the objective function and constraints, the optimization of improving the body frequency has been done by using response surface method and optistruct. The results as follow： ①The finite element models of car body, car and acoustic cavity have been built, the modal of car body, car and acoustic cavity has been analyzed. With the analysis one order torsion and bend frequency are get as 33.4Hz and 44.3Hz, which is the basis of the optimization of car body. ②Based on the actual driving situation of car boy, the torsion and bedding stiffness have been analyzed. Compared to the car boy stiffness of the car, the result is reasonable. The curves of torsion stiffness and bedding stiffness have been gotten. Which indicates the stiffness of car body is uniformly distributed. ③The finite element model of acoustical-structure interaction has been built by DIFF. the characteristic of NTF、VTF and IPI have been analyzed, with different stimulations the peaks of sound pressure, vibration and dynamic stiffness have been get, which indicate the characteristic of NVH is reasonable. ④The experimental matrix has been get by Latin hypercube design, and the response surface models of car volume, one order torsion stiffness and one order bedding stiffness have been built by using response surface method. The optimization of genetic algorithm is used to optimize the thickness of plate, the result shows the quality has decrease 22.8kg, the torsion stiffness has increased2Hz and the bedding stiffness has increased1.5Hz. Key words: NVH, modal, response surface method, structure optimization