CN111814253B - 基于厚度灵敏度分析与nvh性能的自动轻量化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，建立与整车对应的第一有限元模型；步骤S20，进行初始性能分析获得整车加速结果和整车路况结果；步骤S30，将整车框架作为灵敏度设计变量，以整车质量最小作为灵敏度分析的目标进行灵敏度分析；步骤S40，根据灵敏度分析获取需调整的零件，根据板厚规格对零件进行调整以形成第二有限元模型；步骤S50，基于NVH性能判断第二有限元模型是否通过校核；步骤S60，若通过校核，确定第二有限元模型为整车的轻量化模型。本发明，轻量化部件识别准确度更高，轻量化方案的可实施性更大且可靠性高。

Description

基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法
技术领域
本发明属于车轻量化技术领域，尤其涉及一种基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法。
背景技术
目前，汽车轻量化对节能减排起到至关重要的作用。随着客户对汽车NVH性能的要求不断提高，促使汽车厂家在实现车身轻量化的同时，还要确保整车振动噪声性能水平不下降甚至要有所提升，否则提出的轻量化方案是不合理的，为了实现这两个指标，汽车技术部门要面对更大更难的挑战。
国内外相关文献提到的轻量化手段多数只是兼顾车身刚度、模态和碰撞等性能评估，针对基于整车振动噪声的轻量化方法却几乎没有提到，并且相关文献表明同时考虑车身硬点动刚度(IPI)、振动噪声传递函数(VTF&NTF)性能的减重效果比只考虑白车身模态的减重效果明显下降，甚至行业内一直都认为车身轻量化必然会导致整车NVH性能下降。
传统的轻量化存在缺陷主要是：
(1)轻量化方案存在较大的盲目性：因各车型激励频谱特性存在一定的差异性，并且整车状态是将各子系统耦合后得到的，而子系统本身独自分析的约束边界存在较大偏差，导致针对某个子系统性能提出的轻量化方案极易引起整车NVH性能下降。
(2)轻量化方案校核次数繁多：因不同零件厚度变化的组合对整车NVH性能影响大，为此需要校核多个零部件组合，每次校核计算需要4小时以上的时长，为了识别出可实施的轻量化部件需要花费大量的计算时间来完成不同零件的组合方案，造成效率极低。
(3)工程经验依赖度高：较为可靠的轻量化提案须依靠积累了丰富的NVH开发经验工程师，缺乏NVH工程经验的工程师提出的轻量化方案可信度很低，甚至无法提出轻量化方案，迫使轻量化提案被终止。
因此，现有技术有待于改善。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，旨在解决背景技术中所提及的技术问题。
本发明的一种基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，包括以下步骤：
步骤S10，建立与整车对应的第一有限元模型；
步骤S20，基于第一有限元模型加载加速激励信息和路面激励信息，进行初始性能分析获得整车加速结果和整车路况结果；
步骤S30，将整车框架作为灵敏度设计变量，将整车噪声响应定义为设计约束条件，根据整车路况结果来确定振动噪声响应的约束上限值，以整车质量最小作为灵敏度分析的目标进行灵敏度分析；
步骤S40，根据灵敏度分析获取需调整的零件，根据板厚规格对零件进行调整以形成第二有限元模型；
步骤S50，基于NVH性能判断第二有限元模型是否通过校核；
步骤S60，若通过校核，确定第二有限元模型为整车的轻量化模型。
优选地，步骤S50具体包括：
步骤S51，通过有限元软件求解器获取第二有限元模型的NVH性能和第一有限元模型的NVH性能；
步骤S52，第二有限元模型的NVH性能与第一有限元模型的NVH性能进行对比，判断第二有限元模型的NVH性能是否比第一有限元模型的NVH性能好。
优选地，整车的第一有限元模型包括车身总成、动力总成和前后悬架总成。
优选地，其特征在于，有限元软件求解器包括HyperWorks的Optistruc。
优选地，其特征在于，在步骤S30中，通过HyperWorks的HyperMesh进行灵敏度分析。
本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，基于整车加速和整车路噪分析工况，利用车身钣金厚度灵敏度分析，求解出相应变化的响应值，从而得出响应对变量的灵敏度值，找出有利于NVH性能提升的可以轻量化的部件，实现主动轻量化的目的。该方法与传统方法相比，轻量化部件识别准确度更高，轻量化方案的可实施性更大。
附图说明
图1为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法的流程示意图；
图2为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法中步骤S50的细化流程示意图；
图3为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法中灵敏度结果筛选示意图；
图4为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法中轻量化前后的整车路噪结果对比示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要注意的是，相关术语如“第一”、“第二”等可以用于描述各种组件，但是这些术语并不限制该组件。这些术语仅用于区分一个组件和另一组件。例如，不脱离本发明的范围，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件类似地也可以被称为第一组件。术语“和/或”是指相关项和描述项的任何一个或多个的组合。
如图1、图2、图3、图4所示，图1为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法的流程示意图；图2为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法中步骤S50的细化流程示意图；图3为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法中灵敏度结果筛选示意图；图4为本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法中轻量化前后的整车路噪结果对比示意图。本发明的一种基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，包括以下步骤：
步骤S10，建立与整车对应的第一有限元模型；
在步骤S10中，利用有限元软件建立与整车对应的第一有限元模型；第一有限元模型包括车身总成、动力总成和前后悬架总成；
步骤S20，基于第一有限元模型加载加速激励信息和路面激励信息，进行初始性能分析获得整车加速结果和整车路况结果；
在步骤S20中，加速激励信息包括发动机在3档全油门工况下的气缸压力载荷的信息，加速激励信息用于分析发动机引起的车内振动和噪声问题，3档全油门工况表示；路面激励信息包括汽车以60km/h车速匀速在粗糙路面上运行的信息，路面激励信息用于分析路面激励引起的车内振动和噪声问题。
步骤S30，将整车框架作为灵敏度设计变量，将整车噪声响应定义为设计约束条件，根据整车加速结果和整车路况结果来确定振动噪声响应的约束上限值，以整车质量最小作为灵敏度分析的目标进行灵敏度分析；
在步骤S30中，整车框架表示车辆上除了顶盖、车身侧围外板和车门外板的框架；即整车框架不包含顶盖、车身侧围外板和车门外板。
步骤S40，根据灵敏度分析获取需调整的零件，根据板厚规格对零件进行调整以形成第二有限元模型；
在步骤S40中，如图3所示，由于计算生成的灵敏度输出结果中包含有各响应点对应不同频率的灵敏度，并且灵敏度大小的排列顺序混乱，需要对灵敏度结果进行筛选，找出灵敏度绝对值大的部件，其中正值表示厚度减薄对响应有利，负值表示厚度加厚对响应有利，最终汇总得到兼顾不同频率性能的部件。
步骤S50，基于NVH性能判断第二有限元模型是否通过校核；
如图2所示，优选地，步骤S50具体包括：
步骤S51，通过有限元软件求解器获取第二有限元模型的NVH性能和第一有限元模型的NVH性能；
步骤S52，第二有限元模型的NVH性能与第一有限元模型的NVH性能进行对比，判断第二有限元模型的NVH性能是否比第一有限元模型的NVH性能好。
步骤S60，若通过校核，确定第二有限元模型为整车的轻量化模型。
本发明的基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，基于整车加速和整车路噪分析工况，利用车身钣金厚度灵敏度分析，求解出相应变化的响应值，从而得出响应对变量的灵敏度值，找出有利于NVH性能提升的可以轻量化的部件，实现主动轻量化的目的。该方法与传统方法相比，轻量化部件识别准确度更高，轻量化方案的可实施性更大。优选地，其特征在于，有限元软件求解器包括HyperWorks的Optistruc。优选地，其特征在于，在步骤S30中，通过HyperWorks的HyperMesh进行灵敏度分析。
本发明具有有益效果如下：1.精准找到轻量化与NVH性能正相关的零部件：与传统的轻量化技术路线相比，本专利方法能够找出与整车NVH性能正相关的部件，提出的轻量化方案准确度达95％以上，在实现轻量化的同时保证NVH性能提升或不下降；2.打破工程经验束缚：与传统的轻量化技术路线相比，本专利方法对于工程经验的依赖性大幅度降低，并且能够基于整车NVH性能主动地提出轻量化方案，只需要根据规范流程文件对模型工况和计算结果进行处理，再结合制造工艺成本评估，即得到可实施性更高的轻量化方案，打破了依赖于丰富工程经验的束缚；3.轻量化提案更高效：与传统的轻量化技术路线相比，本专利方法只需要迭代计算一次，便能得到灵敏度结果，因而避免了多轮重复地验算减重方案的难点，优化效率可提高600％，在新车型轻量化要求不断提高的开发过程中具有很好的工程应用价值；4.轻量化模型更改和方案校核更快捷：针对本专利方法，开发了一整套插件，包括自动实现车身对称件材料属性共用、灵敏度设计变量信息提取、部件轻量化方案模型更新等，避免了大量重复性工作，效率可提高700％，在轻量化计算过程具有很好的工程应用价值。
本专利所提方法结合某型车整车路噪分析实例来作进一步说明，建立某款MPV车型的整车路噪模型，针对主要路噪峰值进行灵敏度分析，对筛选后的零件厚度进行调整，如表1所示。
Figure BDA0002584743890000051
表1轻量化部件厚度调整
整车路噪验算结果对比如图4所示。从对比曲线可知，轻量化方案整体减重36.1kg，减重比例达7.1％，同时对整车路噪在146Hz峰值有将近5dBA的改善效果，同时对260～300Hz频段的路噪峰值也有明显的改善效果。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，建立与整车对应的第一有限元模型；
步骤S20，基于第一有限元模型加载加速激励信息和路面激励信息，进行初始性能分析获得整车加速结果和整车路况结果；
步骤S30，将整车框架作为灵敏度设计变量，将整车噪声响应定义为设计约束条件，根据整车加速结果和整车路况结果来确定振动噪声响应的约束上限值，以整车质量最小作为灵敏度分析的目标进行灵敏度分析；
步骤S40，根据灵敏度分析获取需调整的零件，根据板厚规格对零件进行调整以形成第二有限元模型；
步骤S50，基于NVH性能判断第二有限元模型是否通过校核；
步骤S60，若通过校核，确定第二有限元模型为整车的轻量化模型。
2.如权利要求1所述基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，其特征在于，步骤S50具体包括：
步骤S51，通过有限元软件求解器获取第二有限元模型的NVH性能和第一有限元模型的NVH性能；
步骤S52，第二有限元模型的NVH性能与第一有限元模型的NVH性能进行对比，判断第二有限元模型的NVH性能是否比第一有限元模型的NVH性能好。
3.如权利要求1所述基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，其特征在于，整车的第一有限元模型包括车身总成、动力总成和前后悬架总成。
4.如权利要求2所述基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，其特征在于，有限元软件求解器包括HyperWorks的Optistruc。
5.如权利要求1所述基于厚度灵敏度分析与NVH性能的自动轻量化方法，其特征在于，在步骤S30中，通过HyperWorks的HyperMesh进行灵敏度分析。
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