关于汽车车身NVH性能的优化设计
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。
nvh效率优化算法
nvh效率优化算法NVH（Noise、Vibration、Harshness）效率优化算法主要针对汽车工程中的噪音、振动和粗糙度问题进行优化。
为了提高NVH性能，研究人员提出了许多算法和方法，以下是一些常见的NVH效率优化算法：1. 主动噪声控制（Active Noise Control，ANC）：主动噪声控制是通过计算目标噪声源的逆傅里叶变换，生成一个与目标噪声相位相反的声波，从而实现噪声消除。
主动噪声控制方法包括前馈控制、反馈控制和自适应控制等。
2. 主动振动控制（Active Vibration Control，AVC）：主动振动控制是通过实时测量系统的振动响应，计算出振动控制信号，然后通过执行器对振动进行抑制。
主动振动控制方法包括频域控制、时域控制和模型预测控制等。
3. 结构优化算法（Structural Optimization，SO）：结构优化算法是通过调整结构参数，使系统的振动特性得到改善。
常见的结构优化方法有有限元优化、遗传算法、粒子群优化等。
4. 声学优化算法（Acoustic Optimization，AO）：声学优化算法主要针对汽车内部和外部的声学环境进行优化。
常见的声学优化方法有边界元法、有限元法、统计能量分析法等。
5. 灵敏度分析法（Sensitivity Analysis，SA）：灵敏度分析法是通过计算各设计变量对目标函数的贡献程度，找出对NVH性能影响较大的设计变量，从而指导设计改进。
6. 神经网络优化算法（Neural Network Optimization，NNO）：神经网络优化算法通过训练神经网络模型，实现对NVH性能的预测和优化。
常见的神经网络模型有feedforward 神经网络、recurrent 神经网络等。
7. 模糊逻辑优化算法（Fuzzy Logic Optimization，FLO）：模糊逻辑优化算法是基于模糊规则进行推理，从而实现对NVH性能的优化。
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。
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。
nvh效率优化算法
NVH效率优化算法简介NVH（Noise, Vibration, Harshness）是指噪声、振动和粗糙度等问题，对于提高汽车的乘坐舒适度和品质感至关重要。
NVH效率优化算法是一种通过减少噪声、振动和粗糙度，提高汽车整体性能和乘坐舒适度的算法。
本文将详细介绍NVH效率优化算法的原理、方法和应用。
原理NVH效率优化算法主要基于以下原理：1.振动模态分析：通过对汽车各个部件的振动模态进行分析，确定主要振动源，并找出振动传递路径。
2.声学模型建立：通过建立汽车的声学模型，预测噪声的产生和传播路径。
3.优化设计：根据振动和噪声的分析结果，对汽车的结构、材料和减震系统等进行优化设计，减少振动和噪声的产生和传递。
方法NVH效率优化算法主要包括以下方法：1.振动模态分析方法：通过有限元分析等方法，对汽车各个部件的振动模态进行分析，确定主要振动源和振动传递路径。
可以利用模态分析软件，如ANSYS等。
2.声学模型建立方法：通过建立汽车的声学模型，预测噪声的产生和传播路径。
可以利用声学模型软件，如LMS b等。
3.优化设计方法：根据振动和噪声的分析结果，对汽车的结构、材料和减震系统等进行优化设计，减少振动和噪声的产生和传递。
可以利用优化设计软件，如OptiStruct等。
应用NVH效率优化算法在汽车工程领域有广泛的应用，主要包括以下方面：1.汽车设计：通过对振动和噪声的分析和优化设计，改善汽车的乘坐舒适度和品质感。
可以减少车内噪声，提高驾驶体验。
2.零部件设计：通过对零部件的振动和噪声的分析和优化设计，改善零部件的性能和寿命。
可以减少零部件的振动和噪声，延长使用寿命。
3.噪声控制：通过对噪声的传播路径和噪声源的分析，采取相应的控制措施，减少噪声的产生和传播。
可以降低噪声对人体的影响，提高环境质量。
结论NVH效率优化算法是一种通过减少噪声、振动和粗糙度，提高汽车整体性能和乘坐舒适度的算法。
它通过振动模态分析、声学模型建立和优化设计等方法，对汽车的结构、材料和减震系统等进行优化，从而减少振动和噪声的产生和传递。
整车NVH噪声控制与优化设计研究
整车NVH噪声控制与优化设计研究车辆噪声、振动和冲击（NVH）是汽车设计中的关键问题。
在过去的数十年中，汽车制造商面临着不断增长的消费者期望，即汽车必须具有越来越高的优雅、安静和舒适性，而不是美国高速公路系统的嘈杂声、振动和颠簸。
因此，现代汽车制造商对NVH 方案的需求越来越高。
NVH研究的重要性NVH研究对于现代汽车制造商来说至关重要，因为它可以直接影响客户的购买决策。
据统计，约有80％的消费者将汽车NVH 性能作为购买决策的关键因素之一。
此外，NVH研究已成为现代汽车轻量化和高效化的主要目标之一，因为这将直接影响车辆的安全、耐久性和燃油效率。
NVH研究的挑战要在汽车设计中控制噪声和振动是一项具有挑战性的任务，因为NVH问题通常由多种复杂的因素引起，包括车辆结构、引擎和机械系统、轮胎和悬挂系统等各种参数。
因此，在NVH研究中，需要利用诸如仿真、试验、制造和虚拟技术等各种工具和技术，以使NVH设计方案能够得到有效的解决。
NVH研究的最新进展近年来，随着数字仿真技术和高性能计算技术的迅速发展，NVH研究取得了巨大的进展。
例如，通过有限元分析（FEA），工程师可以设计并测试各种车辆NVH方案，而无需进行实际的物理试验。
此外，虚拟振动台（VT）技术能够模拟各种NVH条件，比如在不同驾驶和路况条件下的振动和声学效果，以帮助制定最佳的NVH设计方案。
整车NVH噪声控制与优化设计研究的关键步骤在整车NVH噪声控制与优化设计研究中，需要经历以下关键步骤：1. NVH性能目标制定：在设计NVH方案之前，需要首先定义NVH性能目标，以确保设计的方案符合客户需求和制造商的技术要求。
2. 整车NVH诊断：该步骤涉及对车辆进行NVH测试和分析，以识别和诊断存在的噪声和振动问题。
3. NVH方案设计：基于诊断结果，需要设计出一系列NVH方案，以控制和减少车辆噪声和振动。
这可能涉及到对车辆结构、机械系统、软件和线束等方面的修改。
基于NVH 性能的某车型下车体优化设计
不满足目标要求。 问题1：发动机左悬挂处激励下各点振动
响应：发动机左悬挂处激励下驾驶员座位下 振动响应加速度为490（mm/s^2），不满足要 求，见图1。
问题2：发动机后悬挂处激励下驾驶员座 位处，中排座椅，中后排座椅处振动响应加速 度分别为：450（mm/s^2），1180（mm/s^2） 和700（mm/s^2），不满足要求，见图2。
激励点 3：发动机后悬挂处激励 激励点 4：左后悬架前吊耳处激励
振动响应点 1：驾驶员脚下
振动响应点 4：中后排座椅处
振动响应点 2： 振动响应点 3： 驾驶员座椅处 中排座椅处
振动响应点 5： 后排座椅处
90 AUTO TIME
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在方案二基础上更改：①座椅框后横梁筋条改为交错筋；②后地板横梁二 两端增加连接板焊接到大梁底部。
（公式1） FNmax即：FNmax：振动时传递给基础 作用力的最大值。
η= FT =
1+（cω/k）2
=
1+（2ζω/ωn）2
x =
F0
（1-mω2/k）2+（cω/k）2
u （1-r2/k）2+（2ζλ）2
其中，k：弹簧的刚度，N/m；ω：激振 频率，rad/s；ωn：系统的固有频率，m：集 中质量，kg；ξ：阻尼比，ξ=c/cC；c：粘 性阻尼系数，N•s/m；cc：临界的粘性阻尼系 数，cc.=2mωn；λ：频率比，λ=ω/ωn ； η：力的传递率。
驾驶员脚下响应 80
驾驶员座位下响应 500
1200
中排座椅下响应
70
60
400
50
300
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关于汽车车身NVH性能的优化设计摘要：本文以车身结构为研究对象，指出了它在整车nvh开发设计流程中的位置，并简述了车身结构的激励源，分别采用了有限元法和试验法对其模态进行了分析，并结合这两种方法完成了车身的结构优化，提高了整车的nvh性能。
关键词：车身 nvh 有限元法试验法结构优化
中图分类号：th 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2013）05-0365-02
前言
车辆的nvh是指在车辆工作条件下乘客感受到的噪声（noise）、振动（vibration）和声振粗糙度（harshness），是衡量汽车质量的一个综合性指标。
车身作为汽车四大系统之一，可直接地将振动噪声传递给乘客，其结构性能的好坏，直接影响整车的nvh性能。
因此，车身结构的各项性能参数在研发阶段必须得到严格的控制，例如车身结构模态。
1 车身结构在整车nvh开发设计流程中的定位
车身结构在整车nvh开发设计流程中的定位简单描述见图1。
2 车身结构的振动
结构nvh问题涉及的主要因素有：
1）输入载荷，如发动机燃烧压力、轮胎不平衡、不规则路面等；
2）载荷传递路径上对车身的共振，如悬架的跳动模态、排气系统结构模态、传动系统和后桥模态等；
3）车身结构共振对输入载荷的放大作用；
4）声学模态的共振对车身板件运动的放大作用。
减少nvh问题最简单的办法就是避免输入载荷频率和结构模态频率接近，可以利用频率分布表完成这一工作。
如果这种情况不可避免，应尽可能减少激振力的大小或者是改变模态振型的形状。
通常影响nvh问题的车身模态对车身结构的影响有一定的范围，整体模态影响到整个车身结构，而局部模态只会影响到局部的区域。
3 车身结构的模态分析
3.1 模态分析的理论基础
3.2 车身的有限元模态分析
分析目的：获得某车型车身结构的主要模态参数。
模型：材料的中间板面采用线性壳体有限元，顶棚与其横梁、风挡玻璃之间采用线性块元素连接，无开关件，见图2。
连接：利用acm技术手段对所有焊接定义单个固体线性块，对相邻的壳体采用rbe3近似系数进行连接。
点焊采用cweld元素，螺栓连接和气焊处采用rbe2固体连接方式。
无接触部件。
约束：在自由边界条件下进行模态计算。
加载：无。
4 车身结构的优化
考虑到此车型的输入载荷和传递路径的振动特性，需要对1阶扭转模态和1阶z向弯曲模态进行优化。
针对板面厚度灵敏度采用设计灵敏度分析（sol200），设计出优化方案，对副车架、地板和
顶棚横梁进行刚度加强可改善1阶弯扭模态。
5 车身结构优化的试验验证
5.1 车身的试验模态分析
试验模态的测试流程示意图如图6所示。
试验准备：
1）试验白车身，卸掉车身所有部件，后备箱盖、左右前门、后门、发动机罩等。
2）白车身悬挂方式，白车身用橡皮筋四点悬挂或汽车内胎支撑，使白车身处于自由-自由状态。
3）激振点与激励信号，激振点选在刚度大的车头和车尾位置，激振器与车身的连接要
紧固。
采用两点激振多点拾振的方法，激振信号采用触发随机信号等，激励频率带宽为0～256hz。
4）测点布置原则，外力作用点、重要响应点、部件或结构的交联点及质量集中点等位置一般都应选作为测点，所布测点连线应能显示白车身形状。
5）几何点定义和通道设置，在测试系统下定义几何点，用来描述传感器的运动方向和位置，每个几何点对应一个传感器，每个传感器设置3个测试通道。
6）调试测试系统：先调试激振器，使之发出一个稳定的随机信号，信号量不能太大，
要保证测试样机在线性范围内振动；调试各个测试通道，给每
个测试通道设定一个适当的量程。
对每个通道进行校准。
7）先对系统进行预测试，观测各个测量值，确定测试系统完全正确后开始测试数据。
数据采集：
1）采样频率为512hz，每一批拾振传感器根据情况可取为5～10个，通过移动传感器分批进行测量。
此举可以减小传感器附加质量的影响。
2）各测点的传递函数数据处理与试验数据的采集在现场同步进行，每采好一批数据即
观察其相干性，只有峰值频率的相干系数在0.8以上的信号才有效，对相干性小的测点重新测量。
3）完成车身的模态定阶及拟合工作。
5.2 车身结构优化的效果验证
优化前后车身模态测试结果对比见表1。
6 结论
本文以某车型的车身结构的nvh性能设计为实例，介绍了车身结构在整车nvh开发设计流程中的位置，分别采用了以有限元和试验法进行优化验证，虽然有限元计算结果存在误差，但操作起来比试验法简单得多，在做结构修改时，能够方便地预测修改后结构的各种动态特性。
此两种方法结合使用能在保证优化效果的前提下大大节约开发时间和成本，提高工作效率。
参考文献：
[1]庞剑，等.汽车噪音与振动——理论与应用.北京理工大学出版社，2006
[2]傅志方.模态分析理论与应用.上海交通大学出版社，2000.。