CN101367414B - 一种基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度nvh设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，首先建立白车身有限元模型，以车身有限元模型为依托建立乘员室的声学有限元模型；进行车身上发动机悬置点、悬架安装点、排气吊挂点等处的频率响应分析；然后将频响分析所得车身壁板振动速度做为边界条件，求解乘员室声腔的声学响应得驾驶员耳旁的声压级水平；进而通过检查声压响应较高的频率点处的频响分析结果的车身壁板振动情况，以及进行板金贡献量分析，得对声压水平影响较大板金件的影响水平和影响较大的安装点；从而修改板金件的设计方案以及安装点局部刚度的设计方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种车内噪音水平的预测方法，特别涉及一种基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法。
背景技术
轿车乘员室作为典型的弹性薄壁腔体结构，其内壁由立柱横梁等框架结构与地板顶棚等薄板结构组成。在动力总成及底盘部件的激励下，立柱横梁等框架结构产生的整体结构振动，车身薄板结构的局部振动，以及车内空腔空气的振动相互影响产生耦合作用，产生令人讨厌的低频Booming噪音。
而声学灵敏度分析亦称声压传递函数分析，是指单位动态激励力作用于车身某一输入点时，驾驶员耳旁的声压响应。该分析在学术研究领域具有成熟理论，但应用于工程实际尚待研究。
发明内容
本发明的目的在于通过声学灵敏度CAE分析，得到轿车乘员室内的声压级，预测车内的噪声，利用这种方法，研究车身结构与乘员室内噪音的关系，在此基础上，还可进行车身结构优化，以获得更好的车内NVH水平。
本发明采用CAE分析方法，在物理样机尚不存在的设计阶段预测车内噪声水平，结合了结构有限元分析、声学流体有限元分析或声学边界元分析等手段，研究车身壁板振动与车内噪音关系，在此基础上改进车身壁板结构，降低车内噪音水平。此方法将理论研究应用于新车型开发的工程实际，形成基于车内噪音水平的车身结构设计流程是本发明的关键技术所在。
基本技术方案为，首先建立白车身有限元模型，以车身有限元模型为依托建立乘员室的声学有限元模型；进行车身上发动机悬置点、悬架安装点、排气吊挂点等处的频率响应分析；然后将频响分析所得车身壁板振动速度做为边界条件，求解乘员室声腔的声学响应得驾驶员耳旁的声压级；进而通过检查声压响应较高的频率点处的频响分析结果的车身壁板振动情况，以及进行板金贡献量分析，得对声压级影响较大板金件的影响水平和影响较大的安装点；从而修改板金件的设计方案以及安装点局部刚度的设计方案。
具体的技术方案如下：
一种基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于采用如下步骤：
(1)建立白车身有限元模型；
(2)以车身有限元模型为基础建立乘员室的声学有限元模型；
(3)进行车身上关键点的频率响应分析；
(4)将该频响分析所得车身壁板振动速度做为边界条件，得到乘员室声腔的声学响应；
(5)进行声学频率响应分析得到驾驶员耳旁的声压级。
还可包括如下后续步骤：
(1)检查声压响应较高的频率点处的频响分析结果的车身壁板振动情况；
(2)进行板金贡献量分析，得出对声压级影响较大钣金件的影响水平以及影响较大的安装点；
(3)修改钣金件的设计方案以及安装点局部刚度的设计方案使之降低噪音。
所述车身上关键点具体为发动机悬置点、悬架安装点、排气吊挂点、副车架安装点等处。
依据所述白车身有限元模型建立除了悬架轮胎之外的质量的有限元模型，即Trim body模型。
在关键点处施加单位正弦的激励力，进行频率响应分析，计算频率范围为0-200Hz，输出结果为构成乘员室空腔的车身钣金件的节点振动速度。
以白车身和座椅有限元模型为基础建立该乘员室声腔模型。
声腔建模时考虑座椅轮廓。
利用模态法进行声学频率响应分析需对声腔先进行模态分析。
将结构频率响应分析所得的壁板的节点振动速度映射到声腔模型的表面上作为载荷，应用模态法进行声学频率响应分析，最终得驾驶员耳旁的声压级大小.
做出求解频率范围内的声压传递函数曲线，考查响应超过参考值的频率点处的振动，找到振动较大的钣金件，分析结构上的影响因素或者进行钣金贡献量分析，进而修改结构重新进行敏感度分析。
其中，声学灵敏度是指单位动态激励力作用于车身支撑点时，驾驶员人耳处的噪声声压级，常用P/F来表示。
附图说明
图1：基于声学灵敏度分析的车身NVH设计流程图；
图2：trim body有限元模型图；
图3：车身钣金件某频率点处的振动速度云图；
图4：乘员室空腔有限元模型图；
图5：发动机左悬置激励下驾驶员右耳畔声压级示意图；
附图标记说明：
有限元模型上附件质心点位置(1)、顶棚(2)、B柱(3)、前挡板(4)、前地板(5)、C柱(6)、后地板(7)
具体实施方式
图1给出了声学灵敏度分析流程。首先建立白车身有限元模型，以车身有限元模型为依托建立乘员室的声学有限元模型；进行车身上发动机悬置点、悬架安装点、排气吊挂点等处的频率响应分析；然后将频响分析所得车身壁板振动速度做为边界条件，求解乘员室声腔的声学响应得驾驶员耳旁的声压级水平；进而通过检查声压响应较高的频率点处的频响分析结果的车身壁板振动情况，以及进行板金贡献量分析，得对声压级影响较大板金件的影响水平和影响较大的安装点；从而修改板金件的设计方案以及安装点局部刚度的设计方案。具体步骤如下：
1.建立白车身有限元模型，并依据白车身有限元模型建立Trim body模型。Trim body模型是考虑除了悬架轮胎之外的质量的有限元模型，这样的模型更接近于车辆真实情况。
2.进行关键点频率响应分析。这里车身关键安装点是指相关部件会对车内低频噪声产生影响的发动机悬置安装点、排气吊挂点、副车架安装点以及悬架安装点等。在这些安装点处施加单位正弦的激励力，在具有振动分析模块的软件例如Msc.Nastran中进行频率响应分析，计算频率范围为0～200Hz。输出结果为构成乘员室空腔的车身钣金件的节点振动速度。
3.以白车身+座椅有限元模型为基础建立乘员室声腔模型。声腔模型网格采用实体单元，但元尺寸大小与计算频率有关，需小于一个分析上限频率对应的声波波长的六分之一。利用模态法进行声学频率响应分析需对声腔先进行模态分析。轿车车身空腔中的座椅轮廓对声腔模态的影响比较大，对第一阶非零模态即纵向第一阶模态，考虑座椅轮廓时的频率比不考虑座椅轮廓时的频率低，所以声腔建模时需考虑座椅轮廓。
4.在声学分析软件例如Lms.Virtual.Lab中进行声学频率响应分析。将结构频率响应分析所得的壁板的节点振动速度映射到声腔模型的表面上作为载荷，应用模态法进行声学频率响应分析，最终得驾驶员耳旁的声压级大小，做出求解频率范围内的声压传递函数曲线，考查响应超过参考值的频率点处的振动，找到振动较大的钣金件，分析结构上的影响因素。或者进行钣金贡献量分析，进而修改结构重新进行敏感度分析。
Claims (10)
1.一种基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于采用如下步骤：
(1)建立白车身有限元模型；
(2)以车身有限元模型为基础建立乘员室的声学有限元模型；
(3)进行车身上关键点的频率响应分析；
(4)将该频率响应分析所得车身壁板振动速度做为边界条件，得到乘员室声腔的声学响应；
(5)进行声学频率响应分析得到驾驶员耳旁的声压级水平。
2.据权利要求1所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，还可包括如下后续步骤：
(1)检查声压响应较高的频率点处的频响分析结果的车身壁板振动情况；
(2)进行钣金贡献量分析，得出对声压水平影响较大钣金件的影响水平以及影响较大的安装点；
(3)修改钣金件的设计方案以及安装点局部刚度的设计方案使之降低噪音。
3.根据权利要求1所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，所述车身上关键点具体为发动机悬置点、悬架安装点、排气吊挂点、副车架安装点。
4.根据权利要求1所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，依据所述白车身有限元模型建立除了悬架轮胎之外的质量的有限元模型，即Trim body模型。
5.根据权利要求1或3所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，在关键点处施加单位正弦的激励力，进行频率响应分析，计算频率范围为0-200Hz，输出结果为构成乘员室空腔的车身钣金件的节点振动速度。
6.根据权利要求1所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，以白车身和座椅有限元模型为基础建立该乘员室声腔模型。
7.根据权利要求6所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，该乘员室声腔建模时考虑座椅轮廓。
8.根据权利要求1或6所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，利用模态法进行声学频率响应分析需对声腔先进行模态分析。
9.根据权利要求6或7所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，将结构频率响应分析所得的壁板的节点振动速度映射到声腔模型的表面上作为载荷，应用模态法进行声学频率响应分析，最终得驾驶员耳旁的声压级大小。
10.根据权利要求2所述的基于低频车内声学灵敏度的车身声振粗糙度NVH设计方法，其特征在于，做出求解频率范围内的声压传递函数曲线，考查响应超过参考值的频率点处的振动，找到振动较大的钣金件，分析结构上的影响因素或者进行钣金贡献量分析，进而修改结构重新进行敏感度分析。
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