适用于汽车电子的NVH开发设计方案解析
适用于汽车电子的NVH开发设计方案解析
随着汽车行业的快速发展，NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能已成为衡量汽车品质的重要指标。本文将为您解析NVH开发设计方案，探讨如何在成本和开发周期的双重压力下，实现NVH性能的优化。
NVH性能开发的挑战
NVH性能开发面临的挑战众多，其中最为重要的就是成本和开发周期的挑战。
在节省成本方面，近年来汽车行业整体下行，竞争日益激烈，对整车开发成本的控制也日益严格；随着每个零部件成本目标的严格控制，NVH设计方案要求越来越精准。消除NVH后期整改造成的模具重新开发、工艺装备重新排布等浪费问题对节省NVH开发成本具有重要的意义。
NVH性能开发过程也面临着周期性的挑战：整车开发周期不断缩短，从36个月缩减至24个月；详细设计阶段仿真分析和优化的周期压缩；ET至SOP实车阶段NVH问题排查和整改的时间大大减少。
为应对更短周期、更低成本的整车开发，需要将NVH开发工作的重心再往前移，前移到概念策划阶段，减少设计和实车阶段的返工；提升NVH分析和设计方案的精准度，实现NVH的精细化开发；建立和完善整车级仿真分析能力，在早期对目标进行准确预测。
NVH开发前置的具体策略与方法
NVH业务前置的具体举措
- 设计提案：在产品设计之前，考虑对NVH性能的影响，对产品结构的选型、布置、尺寸空间等向产品部门提出设计建议，作为设计的参考；
- 应用阶段：方案预研
设计提案：选型类提案 - 轮胎型号参数选取
（1）不同扁平率的轮胎选择
（2）不同扁平率对轮胎振动特性影响；
设计提案：选型类提案 - 副车架选型
换代车型前后副车架与车身连接形式，刚性连接、柔性连接；
前后副车架连接形式对整车NVH性能的影响识别；仿真 or 试验
前后副车架柔性、刚性方案适用性分析。
柔性连接方案 | 刚性连接方案 |
|---|---|
前副车架 | 对150Hz左右路噪影响较大，其它频段基本没有影响；更利于操稳与加速性能； |
后副车架 | 对路噪多个频段影响大，有效降低路噪水平；利于操稳； |
选型方案 | 结合仿真验证，确认：前副车架采用刚性连接方案；后副车架采用柔性连接方案； |
设计提案：后悬架拉杆布置
拉杆结构形式 | 拉杆长 (mm) | 拉杆模态(Hz) | 拉杆模态(Hz) |
|---|---|---|---|
车型1（横置） | 220 | 7.3 | 110 |
车型2（横置） | 187 | 11.6 | 148 |
车型3（竖置） | 75 | 77.4 | 230 |
设计车（竖置） | 110 | 34.1 | 201 |
设计车（竖置） | 120 | 28.5 | 195 |
表：不同方案对指标的影响
方案1 | 方案2 |
|---|---|
优点 | Z向隔振好 |
缺点 | 拉杆模态低 |
适用于 | 利于怠速振动 |
表：不同方案对NVH性能的影响
设计提案：布置类提案 - 转向系统布置
拉杆结构形式 | 原状态 | 悬距缩短30mm | 模态变化 |
|---|---|---|---|
车型1 | 36.8HZ | 39.6Hz | 2.8Hz |
车型2 | 36.9Hz | 40.2Hz | 3.3Hz |
表：仿真验证分析
设计提案：布置类提案 - 驱动轴角度布置
普通节型驱动轴，夹角在大于X度时滑移力开始突变。因此驱动轴夹角需控制在X度内，或采用高成本的节型，如AAR节型。
测量值 | 测量空载 | 测量半载 | 测量满载 | 节型 |
|---|---|---|---|---|
车型1 | 6.8° | 5.5° | 4.8 | GI |
设计车 | 设计空载 | 设计半载 | 设计满载 | 节型 |
车型1 | 4.97° | 设计半载 | 2.51° | GI |
图：不同方案对指标的影响
设计提案：布置类提案 - 进气系统布置
- 概念仿真：基于基础车，根据初版收集构想，完成设计方案的概念模型及性能仿真验证；
- 应用阶段：设计构想
- 图：怠速振动概念仿真：利用基础车车身振动作为边界，仿真方向盘振动，并识别问题区域。
- 图：鼓噪路噪概念仿真：利用基础车的变形车身配合底盘预研方案，识别路噪问题，并验证初版衬套效果。
- 图：中高频结构辐射噪声概念仿真：电机及减速器台架振动为边界，利用底盘感念方案配合基础车车身传函测试数据，对电机/减速器低阶结构辐射噪声进行仿真，评估方案可行性及问题点。
- 图：声学包概念仿真：利用基础车或标杆的声源为边界，将整车声学包目标分解到各系统，并验证不同声学包方案对系统性能的影响，确定最终设计方案。
方案点检：对一些固化的、要件式的设计要求及方案进行点检确认；
应用阶段：设计构想、详细设计
SE：Simultaneous Engineering 同步过程；
应用阶段（设计研讨）：设计构想、详细设计
所谓SE研发？从研发的初期阶段开始，全体相关部门参加，同时实施研讨，将各部门的所有要件都落实到计划中，不发生返工，制作完成度高的图纸。
同时进行Simultaneous进行
台架测试：通过分析总结基础车电机、电机减速器总成、空压机、水泵等电器件台架及整车测试数据，建立台架与整车性能的相关性，以此制定设计车的台架NVH目标，将NVH问题控制在台架阶段；
应用阶段：设计构想、详细设计。
系统优化：结合激励源和响应目标要求，通过仿真分析实现系统或部件设计参数的最优设计，不同于传统的系统、零部件NVH指标的仿真分析；
应用阶段：设计构想、详细设计
悬置支架仿真优化：
整车响应仿真：搭建整车仿真分析模型，输入路面、动力总成、外部流场等激励，分析车内路噪、动力总成噪声、风噪等响应，对NVH一级目标进行分析预测，并对设计参数进行优化。
小结
为了提高NVH开发质量，满足成本递减、周期缩短的整车开发需要，NVH开发重心不断前移是今后NVH工作重要方向。
建立前期SE的组织和流程，将NVH的设计要求在概念方案阶段输入给产品设计部门，作为零部件详细设计的参考。需要建立NVH精准化分析和精细化方案设计的能力，建立和完善整车级仿真分析能力，在开发前期对NVH目标的达成进行准确预测。由此才能提高NVH开发质量，做到成本降低，周期缩短。