某型純電動大客車NVH性能分析及優化

崔衛衛

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某型純電動大客車NVH性能分析及優化

摘要：本文以某型號純電動大客車為研究對象，應用有限元分析的方法對其進行低頻NVH性能分析及優化。首先應用hypermesh軟件建立整車結構和聲腔模型，分別進行模態分析，計算噪聲傳遞函數（NTF）并確定不符合國標的峰值頻率段；其次在噪聲傳遞函數的基礎上進行板件貢獻量和模態貢獻量分析，確定導致NTF峰值的板件，并通過加加強筋和貼自由阻尼的方式進行優化，最終降低了NTF峰值，改善了車身NVH性能。

1有限元模型建立及模態分析

合理、精準的模型的建立是進行后續分析及優化的重要基礎。由于客車的大部分零件都是薄壁鈑金件，因此本文采用殼單元進行模擬，將整車的stp格式的三維圖導入hypermesh軟件中，抽取中面及幾何清理后劃分網格，考慮到計算時間和成本，網格大小選用20mm；骨架的連接采用rigids剛性連接，骨架與地板、玻璃采用膠粘的方式連接，骨架與蒙皮、頂棚采用點焊的方式連接，其他均采用剛性連接。質量檢查通過后的整車模型

結構模型共有shell單元407438個，rigids剛性單元17582個，焊點、膠等實體單元12318個，節點共計472868個，共計8種材料，36種屬性。如下圖1所示。

圖1.1 帶車身附件的骨架有限元模型圖1.2 帶座椅的車室聲腔有限元模型

對建立好的整車模型進行補洞，同時考慮到座椅對車室內聲腔影響較大，因此將座椅有限元模型導入NVH Director模塊進行聲腔模型的劃分，車室內聲腔網格大小為100mm，座椅聲腔網格大小為70mm，將節點定義為流體，聲腔模型共計384024個實體單元，71202個節點，材料為空氣和座椅發泡。模型如下圖所示。

對建立好的模型建材料附屬性之后利用optistruct求解器計算大客車的結構及聲學模態，考慮到計算時間及成本，只計算100HZ以內的模態，如下圖所示。重點關注結構和聲腔模態的第一階彎曲模態和扭轉模態。

圖1.3 結構模態圖1.4 車室聲腔模態

2噪聲傳遞函數分析

本文研究的客車前懸是虛擬主銷式雙橫臂獨立空氣懸架，后懸是四連桿獨立空氣懸架，按照企業規范，主要的激勵點位置信息如下表所示，由于整車受到的激勵主要為Z方向的，因此綜合考慮，每個位置只研究Z方向的激勵，即輸入力的大小為1N，頻率范圍為0-100Hz，響應點根據國家標準選擇駕駛員座椅，第一排座椅，中間排座椅以及最后一排座椅。

表2.1 激勵點的位置信息

編號	激勵點	節點編號
1	左前減震安裝點	3660610
2	左前彈簧安裝點	3660611
3	右前減震安裝點	3660612
4	右前彈簧安裝點	3660613
5	左后懸前減震安裝點	3660609
6	左后懸前彈簧安裝點	3660608
7	左后懸后減震安裝點	3660602
8	左后懸后彈簧安裝點	3660603
9	右后懸前減震安裝點	3660606
10	右后懸前彈簧安裝點	3660607
11	右后懸后減震安裝點	3660604
12	右后懸后彈簧安裝點	3660605
13	電機左前懸置	3590169
14	電機右前懸置	3590170
15	電機左后懸置	3590171
16	電機右后懸置	3590172

利用optistruct求解器計算0-100Hz頻率段的噪聲傳遞函數，對所得的曲線導出，將聲壓轉換為聲壓級，通過篩選，得到電機右前懸置點在最后一排座椅位置在頻率為80Hz有峰值較高，根據國家標準需要對其進行優化。

圖2.1 電機右前懸置點在最后一排座椅處的噪聲傳遞函數

3板件、模態貢獻量分析

針對大客車最后一排位置在頻率80Hz處產生較高的峰值，進行板件貢獻量分析和模態貢獻量分析。模態貢獻量在OptiStruct中基于模態法的頻響分析通過CONTROL CARD - PFMODE輸出；板件貢獻量分析需要先進行板件的劃分，依據車身板件實際的布置情況將車身劃分為30個不同的板塊，再使用CONTROL CARD - PFPANEL卡片輸出板塊貢獻量，板件劃分如下圖所示。

圖3.1 板件劃分

HyperView有NVH的專屬后處理分析工具，其中包含模態貢獻量和板件貢獻量分析。由板件貢獻量可知在激勵電機右前懸置點在最后一排位置80Hz處，板件貢獻量最大的前三個是地板中后部分，階梯及右邊第三個玻璃，頂棚后部的貢獻量為負值，其他板件的貢獻量較小不再一一描述；

圖3.2 電機右前懸置點在最后一排的板件貢獻量、模態貢獻量

再根據模態貢獻量分析可得到，在82Hz處模態貢獻量最大的是356階、265階、347階等為正貢獻量，對正貢獻量大的模態進行抑制，將更有效的解決峰值過大問題。如下圖所示，聯合板件貢獻量和模態貢獻量我們可以確定需要優化的板件。

圖3.3模態貢獻量較大的模態云圖

4 優化及驗證

針對需要優化的板件，我們采用加加強筋和貼自由阻尼的形式進行減振降噪，即在hypermesh中在需要優化的板件處，進行加加強筋和阻尼處理。從以上的板件貢獻量和模態貢獻量分析中，可確定地板的中后部是導致噪聲傳遞函數峰值的主要板件，可以通過提升地板中后部的剛度降低地板振動從而降低噪聲傳遞函數的峰值。下面取出地板中后部及與其相連接的主要骨架，其連接方式不變，如下圖所示。以地板中后部約束模態一階固有頻率最小化為目標，對地板進行形貌優化。