CN112733264A - 一种车身阻尼系统设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车身阻尼系统设计方法，其特征在于：步骤1)在概念数据阶段，建立白车身BIW有限元模型，通过BIW分析确定地板上阻尼铺设位置，进行阻尼板的布置预留；步骤2)在工艺数据阶段，建立TB内饰车身有限元模型，通过TB分析确定车身阻尼重点铺设位置和预留铺设位置，对重点铺设位置进行阻尼铺设；步骤3)在开模数据阶段，建立整车有限元模型，通过整车分析确定实车工况下对噪声影响大的车身位置，并对该位置进行阻尼铺设；步骤4)量产数据阶段，进行阻尼板布置的实车验证和优化工作，确定最终铺设区域。本发明车身阻尼系统设计方法，可有效的抑制由于局部共振带来的车内噪声，改善车内噪声，具有较强的实用性和较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于汽车术领域，更具体地说，涉及一种车身阻尼系统设计方法。
背景技术
汽车NVH的品质与高刚度车身结构存在较大的关联度，通常对于相同车身尺寸的汽车，车身的刚度越高NVH品质越好。随着汽车车身的轻量化要求越来越高，且顾客对汽车的NVH品质要求也越来越高，导致了汽车轻量化与NVH品质之间存在较大的矛盾。同时，NVH作为消费者最容易感知和产生抱怨的性能维度之一，主机厂在整车性能开发中会致以相当的关注度，很难为了轻量化而牺牲NVH。因此，如何在汽车轻量化与NVH之间取得平衡，或者如何在汽车轻量化程度越来越高的前提下保证整车的NVH品质，成为主机厂面临的很大挑战。在此背景下，由于阻尼板的优良减振降噪特性，汽车车身上阻尼板的大量应用成了主机厂的必然选择。
现有的车身阻尼设计和布置方法主要集中在以下几个方面：1、基于白车身模态应变能叠加的阻尼板分布，在内饰车身噪声传递函数上验证，以确定阻尼板布置；2、基于内饰车身噪声传递函数的阻尼板拓扑或尺寸优化，以确定阻尼板布置；3、基于白车身等效辐射声功率的阻尼板分布，在内饰车身噪声传递函数上验证，以确定阻尼板布置。4、基于内饰车身的模态应变能叠加和钣金声功率损失的阻尼板分布，在整车模型上验证，以确定阻尼板布置。
上述方法的缺陷主要为：1、噪声传递函数仅代表车身接附点到耳旁的噪声传递灵敏度，并不能说明该路径的贡献程度、也无法判断该路径的风险大小，因而与实车噪声情况不符，不能指导设计；2、仅对某一方法进行描述，没有在整车开发的不同阶段考虑针对性的分析方法进行不同侧重点的系统性设计，并将设计结果在实车上进行验证，并对验证不合格的情况进行优化迭代，以获得合格的或收敛的最优验证结果。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种可有效的抑制由于局部共振带来的车内噪声，改善车内噪声的车身阻尼系统设计方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种车身阻尼系统设计方法，其特征在于：步骤1)在概念数据阶段，建立白车身BIW有限元模型，通过BIW分析确定地板上阻尼铺设位置，进行阻尼板的布置预留；步骤2)在工艺数据阶段，建立TB内饰车身有限元模型，通过TB分析确定车身阻尼重点铺设位置和预留铺设位置，对重点铺设位置进行阻尼铺设；步骤3)在开模数据阶段，建立整车有限元模型，通过整车分析确定实车工况下对噪声影响大的车身位置，并对该位置进行阻尼铺设；步骤4)量产数据阶段，进行阻尼板布置的实车验证和优化工作，确定最终铺设区域。
为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：
所述步骤1)中，计算白车身1-80Hz内的自由模态，采用ADDOF分析原理，对模态振形进行叠加，通过叠加后的结果识别出振动较大的地板区域，进行阻尼板的布置预留，完成初步布置。
所述步骤2)中，第一步，对TB模型计算1-80Hz内的自由模态，采用ADDOF分析原理，对模态振形进行叠加，通过叠加后的结果识别出TB振动较大的区域，标记为区域1。
所述步骤2)中，第二步，计算TB-NTF，计算频率为20-200Hz，并通过模态、面板贡献量方法，识别出NTF共性峰值的关键贡献面板区，标记为区域2。
所述步骤2)中，第三步，计算TB-ERP，计算频率为20-1000Hz，识别出ERP峰值的关键贡献面板区域，标记为区域3。
所述步骤2)中，最后对区域1、区域2、区域3取交集和合集，其中交集标记为集合1，并对交集和合集取余集，标记为集合2；对集合1区域进行重点阻尼铺设，对集合2区域进行阻尼铺设预留。
所述步骤3)中，第一步，进行整车路噪分析，识别出噪声峰值对应的关键贡献面板区域，标记为区域4；第二步，进行发动机激励下整车噪声分析，识别出噪声峰值对应的关键贡献面板区域，标记为区域5；最后对区域4和区域5取合集，标记为集合3，集合3为阻尼精确布置区域。
所述步骤4)中，第一步，进行整车噪声测试，识别出峰值噪声对应的工况；第二步，在峰值噪声对应的工况下，进行ODS测试，识别出振动大的面板区域，标记为区域6；第三步，对区域6和集合2中的车身面板位置，进行阻尼铺设综合验证，将验证有效结果对应的阻尼铺设区域标记为集合4。
所述步骤4)中，进行整车噪声测试，包括WOT工况和粗糙路面匀速行驶工况下的噪声测试。
所述步骤4)中，验证结果满足开发目标则停止；不满足开发目标，则基于量产数据进行有限元建模，重复上述各阶段中的分析和验证过程，直至满足开发目标或获得收敛的最优结果，确定最终的阻尼布置区域。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明车身阻尼系统设计方法，可有效的抑制由于局部共振带来的车内噪声，改善车内噪声，具有较强的实用性和较好的应用前景。
附图说明
下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为车身阻尼系统设计流程图；
图2为匀速60km/h车内噪声频谱图；
图3为WOT车内噪声总声压级。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明提供一种车身阻尼系统设计方法，该方法基于阻尼板基本工作原理(通过质量抑制振动幅值、通过阻尼耗散振动能量)，在整车开发的不同阶段(概念数据阶段、工艺数据阶段、开模数据阶段、量产数据阶段)，结合产品布置需求，运用相应的仿真和测试方法，以实现对阻尼板的初步布置、详细布置、精确布置、优化布置。达到降本增效的正向开发目标。具体的实施流程见图1。
具体的实施方法如下：
1、概念数据阶段，该阶段的数据特征主要定义车身整体尺寸和形状、结构主断面、型线、初步布置(空间、硬点、安装边界、布置走向)等。针对该阶段数据的阻尼设计方法为：建立白车身(BIW)有限元模型，计算白车身1-80Hz内的自由模态，采用ADDOF(AverageDriven Degree of Freedom平均驱动自由度)分析原理，对模态振形进行叠加，通过叠加后的结果识别出振动较大的地板区域，进行阻尼板的布置预留，完成初步布置。该方法旨在概念数据阶段，通过BIW分析确定地板上阻尼铺设位置，在改善地板振动致人体舒适性的前提下，达成空间占位和布置校核地目的。
2、工艺数据阶段，该阶段的数据包含较全的产品属性和工程标注信息，体现较完整结构设计方案的几何表示及详细连接定义。针对该阶段数据的阻尼设计方法为：第一步，建立TB(Trimmed Body内饰车身)有限元模型、对TB模型计算1-80Hz内的自由模态，采用ADDOF分析原理，对模态振形进行叠加，通过叠加后的结果识别出TB振动较大的区域(该区域可能包含地板、顶盖、前围、侧围、门板等)，标记为区域1。第二步，计算TB-NTF(NoiseTransfer Function)，计算频率为20-200Hz，并通过模态、面板贡献量等方法，识别出NTF共性峰值的关键贡献面板区域(该区域可能包含地板、顶盖、前围、侧围、门板等)，标记为区域2。第三步，计算TB-ERP(Equivalent Radiated Power等效辐射功率)，计算频率为20-1000Hz，识别出ERP峰值的关键贡献面板区域(该区域可能包含地板、顶盖、前围、侧围、门板等)，标记为区域3。最后对区域1、区域2、区域3取交集(标记为集合1)和合集，并对交集和合集取余集(标记为集合2)。对集合1区域进行重点阻尼铺设，对集合2区域进行阻尼铺设预留，完成阻尼板的详细布置。该方法旨在工艺数据阶段，通过TB分析确定车身阻尼重点铺设位置和预留铺设位置，达成对高风险进行规避、对低风险进行预警地目的。
3、开模数据阶段，该阶段的数据包含较全的产品属性和工程标注信息，体现包含制造细节特征的完整结构设计方案的几何表示及完整连接定义。针对该阶段数据的阻尼设计方法为：第一步，建立整车有限元模型，进行整车路噪分析，识别出噪声峰值对应的关键贡献面板区域(该区域可能包含地板、顶盖、前围、侧围、门板等)，标记为区域4。第二步，进行发动机激励下整车噪声分析，识别出噪声峰值对应的关键贡献面板区域(该区域可能包含地板、顶盖、前围、侧围、门板等)，标记为区域5。最后对区域4和区域5取合集(标记为集合3)，集合3为阻尼精确布置区域。该方法旨在开模数据阶段，通过整车分析确定实车工况下对噪声影响大的车身位置，并对该位置进行阻尼铺设。达成阻尼板的高效果低成本设计运用目的。至此，集合1和集合3为产品设计阶段最终确定的阻尼布置区域，集合2为预留布置区域。
4、量产数据阶段，该阶段的数据包含完整的产品属性和工程标注信息，体现完整结构设计方案全部工程特征的几何表示、完整零件设计意图及完整连接定义。可用于产生完整的二维工程图纸。该数据阶段对应整车工装样车阶段，主要进行阻尼板布置的实车验证和优化工作，具体方法为：第一步，进行整车噪声测试(包括WOT工况和粗糙路面匀速行驶工况)，识别出峰值噪声对应的工况。第二步，在峰值噪声对应的工况下，进行ODS(Operational Deflection Shape工作变形)测试，识别出振动大的面板区域(标记为区域6)。第三步，对区域6和集合2中的车身面板位置，进行阻尼铺设综合验证(排列组合)，将验证有效结果对应的阻尼铺设区域标记为集合4，验证结果满足开发目标则停止；不满足开发目标，则基于量产数据进行有限元建模，重复上述2-3-4节中的分析和验证过程，直至满足开发目标或获得收敛的最优结果。至此，集合1、3、4为量产车最终确定的阻尼布置区域。
通过此方法分析，对实车驾驶员右耳噪声进行验证，试验结果见图2和图3。通过试验得知，根据此优化方法设计的阻尼垫，有效的抑制由于局部共振带来的车内噪声偏大问题；试验结果证明，采用此方法优化后的阻尼板对车内噪声改善明显。
本发明提出的车身阻尼系统设计方法主要有以下三点有益效果：
1、该方法是一种系统设计方法，阻尼设计贯穿整车工程开发的主要阶段。因而通过该方法可以建立一种车身阻尼正向开发流程，无需进行传统的盲目的阻尼布置对标。2、该方法在工程数据设计阶段，运用系统的分析原理和方法(ADDOF、ERP、NTF、整车路噪、整车发动机激励结构噪声)，全面且有针对性的进行阻尼设计，从阻尼板的概念布置到详细布置到精确布置。提前识别高风险区域进行重点阻尼铺设，低风险区域进行铺设预留。3、该方法最后通过量产数据阶段的工装验车进行实车阻尼效果验证，并结合实车ODS结果和前期识别的低风险区域进行综合的阻尼铺设验证。验证结果满足开发目标则停止，不满足则基于量产数据继续进行有限元分析，基于分析结果确定的阻尼铺设区域进行工装样车验证。如此形成整个开发流程的优化闭环，直至满足开发目标或达到收敛的最优结果。整个过程大量运用CAE手段，在提高实车NVH的前提下，可以缩短开发周期、减少开发成本。
本发明提出了一种车身阻尼系统设计方法，关键点为一种车身阻尼系统正向开发流程，该流程基于阻尼板的工作原理，沿着整车产品开发主线，在不同的数据阶段，运用相应的CAE和试验方法，达成实车阻尼布置高效果低成本的开发目的。保护点为一种车身阻尼系统正向开发流程。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改(如具体的CAE方法和试验方法的修改)、等同变化与改型(如延长或缩短产品开发主线)，仍属于本发明的保护范围。
本发明车身阻尼系统设计方法，可有效的抑制由于局部共振带来的车内噪声，改善车内噪声，具有较强的实用性和较好的应用前景。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种车身阻尼系统设计方法，其特征在于：步骤1)在概念数据阶段，建立白车身BIW有限元模型，通过BIW分析确定地板上阻尼铺设位置，进行阻尼板的布置预留；步骤2)在工艺数据阶段，建立TB内饰车身有限元模型，通过TB分析确定车身阻尼重点铺设位置和预留铺设位置，对重点铺设位置进行阻尼铺设；步骤3)在开模数据阶段，建立整车有限元模型，通过整车分析确定实车工况下对噪声影响大的车身位置，并对该位置进行阻尼铺设；步骤4)量产数据阶段，进行阻尼板布置的实车验证和优化工作，确定最终铺设区域。
2.按照权利要求1所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤1)中，计算白车身1-80Hz内的自由模态，采用ADDOF分析原理，对模态振形进行叠加，通过叠加后的结果识别出振动较大的地板区域，进行阻尼板的布置预留，完成初步布置。
3.按照权利要求1所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤2)中，第一步，对TB模型计算1-80Hz内的自由模态，采用ADDOF分析原理，对模态振形进行叠加，通过叠加后的结果识别出TB振动较大的区域，标记为区域1。
4.按照权利要求3所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤2)中，第二步，计算TB-NTF，计算频率为20-200Hz，并通过模态、面板贡献量方法，识别出NTF共性峰值的关键贡献面板区，标记为区域2。
5.按照权利要求4所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤2)中，第三步，计算TB-ERP，计算频率为20-1000Hz，识别出ERP峰值的关键贡献面板区域，标记为区域3。
6.按照权利要求5所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤2)中，最后对区域1、区域2、区域3取交集和合集，其中交集标记为集合1，并对交集和合集取余集，标记为集合2；对集合1区域进行重点阻尼铺设，对集合2区域进行阻尼铺设预留。
7.按照权利要求1所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤3)中，第一步，进行整车路噪分析，识别出噪声峰值对应的关键贡献面板区域，标记为区域4；第二步，进行发动机激励下整车噪声分析，识别出噪声峰值对应的关键贡献面板区域，标记为区域5；最后对区域4和区域5取合集，标记为集合3，集合3为阻尼精确布置区域。
8.按照权利要求1所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤4)中，第一步，进行整车噪声测试，识别出峰值噪声对应的工况；第二步，在峰值噪声对应的工况下，进行ODS测试，识别出振动大的面板区域，标记为区域6；第三步，对区域6和集合2中的车身面板位置，进行阻尼铺设综合验证，将验证有效结果对应的阻尼铺设区域标记为集合4。
9.按照权利要求8所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤4)中，进行整车噪声测试，包括WOT工况和粗糙路面匀速行驶工况下的噪声测试。
10.按照权利要求9所述的车身阻尼系统设计方法，其特征在于：所述步骤4)中，验证结果满足开发目标则停止；不满足开发目标，则基于量产数据进行有限元建模，重复上述各阶段中的分析和验证过程，直至满足开发目标或获得收敛的最优结果，确定最终的阻尼布置区域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |