CN115270561A - 一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析设计方法及系统，所述方法包括整车NVH仿真分析有限元模型建立、加速噪声仿真分析、试验设计及参数化模型建立、近似模型拟合及优化、优化方案验证5个步骤。本方法通过参数化分析技术快速锁定流水槽区域支架的数量、位置、料厚等关键参数，保证流水槽区域结构、性能等一次设计合格，效率高、成本低，有效降低后期设计变更带来的研发周期加长、研发费用增加的风险。

Description

一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆NVH以及仿真分析技术领域，具体涉及汽车流水槽支架仿真分析设计方法。

背景技术

汽车NVH性能是用户对整车品质最直接的感受，其水平体现了汽车的设计、制造质量，是影响车辆市场表现情况的重要因素之一。而动力总成引起的车辆NVH问题，是用户普遍关注的关键指标。由于发动机常用转速在2000-3000转/分，导致该转速段引起的加速轰鸣问题较为集中且常常引起客户的抱怨。通过CAE仿真分析及试验验证，可以明确：车身前风挡和声腔的一阶纵向模态同时存在于该转速段对应的频率范围，两者的模态耦合产生了压耳感，形成轰鸣声。汽车前风挡结构简单，优化空间较小，但其局部模态与其连接的流水槽的模态频率及振型关系密切，而流水槽的模态频率及振型特点与其内部的支架数量、位置、料厚等参数关系较大，所以优化流水槽区域的安装支架对解决加速轰鸣问题尤为重要。

针对流水槽区域支架的优化，主机厂主流做法是：产品工程师依据经验设计出初始流水槽支架的位置和料厚，仿真分析工程师依据个人经验，参考模态贡献量/面板贡献量分析的前风挡模态敏感区域，通过在结构敏感区域增加支架对流水槽的连接进行加强，以提高风挡模态，降低加速轰鸣问题风险。该技术手段基本可以解决加速轰鸣问题，但是存在以下不足：分析工程师一般会采用增加流水槽安装支架的方式进行优化，支架增加的位置、数量及料厚依赖工程师的经验。因此，急需一种流水槽支架仿真优化的通用方法，降低流水槽优化的难度，提高优化的效率，帮助快速解决加速轰鸣问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法及系统，通过该方法高效合理的设计流水槽区域的支架数量、位置和料厚，从而解决加速轰鸣问题。

本发明的技术方案如下：

本发明在一方面提出一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法，其包括整车NVH仿真分析有限元模型建立、加速噪声仿真分析、试验设计及参数化模型建立、近似模型拟合及优化、优化方案验证等步骤。具体过程如下：

步骤1，根据整车NVH分析需要建立整车NVH仿真分析有限元模型。

步骤2，加速噪声仿真分析：以发动机设计转速的激励进行加载，按照整车NVH仿真分析方法得到整车加速驾驶员右耳噪声响应曲线。

步骤3，试验设计及参数化模型建立：以支架数量、位置、料厚为设计变量建立整车NVH参数化模型，选取DOE试验设计方法生成试验设计矩阵，通过仿真得到每组试验设计对应的响应结果。

通过CAE仿真分析及试验验证，可以明确：汽车前风挡模态（70-90Hz）对整车2000-3000rpm加速噪声影响较大。汽车前风挡结构简单，优化空间较小，其局部模态与其连接的流水槽的模态频率及振型关系密切，而流水槽的模态频率及振型特点与其内部的支架数量、位置、料厚等参数关系较大，所以优化流水槽区域的安装支架对解决加速轰鸣问题尤为重要。故本次优化设计以支架数量、位置、料厚为设计变量建立整车NVH参数化模型；结合工程设计经验对设计变量设定合理的区间空间，采用DOE试验设计生成试验设计矩阵，将试验设计矩阵代入步骤2得到每组试验设计对应的响应结果。

步骤4，近似模型拟合和优化：通过优化软件对上述的响应结果进行拟合，得到整车加速噪声仿真分析近似模型，并基于近似模型进行优化分析，初步得到支架的最优设计参数。

步骤5，优化结果验证：将最优设计参数代入整车有限元仿真模型，计算声压结果，验证支架设计是否达到最优。

在本发明的另一方面，还提出一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析系统，所述系统包括：

整车NVH仿真模型建立模块，用于根据整车NVH分析需要建立整车NVH仿真分析有限元模型。

加速噪声仿真分析模块，用于以发动机设计转速的激励进行加载，按照整车NVH仿真分析方法得到噪声响应曲线。

试验设计及参数化模型建立模块，用于以支架数量、位置、料厚为设计变量建立整车NVH参数化模型，对设计变量设定合理的区间空间，采用DOE试验设计生成试验设计矩阵，将试验设计矩阵输入加速噪声仿真分析模块，得到每组试验设计对应的响应结果。

近似模型拟合和优化模块，用于对所述响应结果进行拟合，得到整车加速噪声仿真分析近似模型，并基于近似模型进行优化分析，初步得到支架的最优设计参数。

优化结果验证模块，用于将最优设计参数代入整车NVH仿真分析有限元模型，计算声压结果，验证支架设计是否达到最优。

本发明的优点在于：利用整车参数化分析技术快速锁定流水槽区域支架的数量、位置、料厚等关键参数，保证流水槽区域结构、性能等一次设计合格。较以往分析优化主要靠经验“试”并且无法精准判断支架数量、位置及料厚的传统优化方法相比，本方法效率高、成本低，有效降低后期设计变更带来的研发周期加长、研发费用增加的风险。

本发明通用性强，适用于所有汽车因前风挡模态引起的加速轰鸣问题的分析及优化。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

图1为汽车流水槽支架参数化优化分析流程示意图；

图2为实施例中所述的流水槽支架的结构示意图。

需要说明的是，以上附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例1

本实施例以某车型流水槽为例，如图2中所示的流水槽结构，该流水槽有三个支架，分别是支架1、支架2和支架3。

对于图2所示的流水槽结构，采用以下实施例展示的参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法进行优化：

第一步，整车NVH仿真分析有限元模型建立

首先是根据整车NVH仿真分析需要，进行整车NVH仿真分析模型建立。

第二步。加速噪声仿真分析：

收集整车加速噪声仿真分析所需要的激励数据，根据整车加速噪声分析方法，完成整车加速噪声基础结果的分析。

在本实施例中，是以发动机设计转速的激励进行加载，按照整车NVH仿真分析方法得到整车加速驾驶员右耳噪声响应曲线。

第三步，参数化模型建模及试验设计矩阵：

在仿真软件中建立整车NVH参数化模型，将图2中流水槽区域“支架1”、“支架2”、“支架3”的位置和料厚确定为试验设计因子，每个因子设计最低和最高两种水平，故本次试验设计采用6因子2水平，为了提高仿真分析效率，选取部分因子法进行优化设计，增加中心点数1，生成33组试验设计矩阵，将33组试验设计参数导入整车有限元模型，通过仿真得到每组试验设计对应的响应结果。

第四步，近似模型拟合和优化：

根据第三步的分析结果，拟合得到整车NVH仿真分析近似模型，并对近似模型进行精度校验，校验过程为：当模型精度低于90%时，增加DOE分析样本点，更新近似模型，直到近似模型精度大于90%，然后基于整车NVH近似模型，以“整车加速噪声最小”为目标进行分析优化，优化软件可以采用Optimus、Minitab等，由此得到加速噪声的最优解。

第五步，优化结果验证：

将近似模型得到的加速噪声最优解代入步骤1的整车有限元模型进行性能验证。若有限元模型仿真分析结果满足设计目标值，同时与近似模型分析结果一致，说明参数化优化结果可行；否则，说明设计空间内不存在满足要求的结果，需要适当增大设计变量的范围，返回步骤3，重新进行优化设计。

实施例2：

本实施例展示的是参数化的汽车流水槽支架仿真分析系统，用于实现实施例1所述的方法，该系统包括NVH仿真分析有限元模型建立模块、加速噪声仿真分析模块、试验设计及参数化模型建立模块、近似模型拟合及优化模块以及优化方案验证模块等。其中，

所述整车NVH仿真模型建立模块，用于根据整车NVH分析需要建立整车NVH仿真分析有限元模型。

所述加速噪声仿真分析模块，用于以发动机设计转速的激励进行加载，按照整车NVH仿真分析方法得到噪声响应曲线。

所述试验设计及参数化模型建立模块，用于以支架数量、位置、料厚为设计变量建立整车NVH参数化模型，对设计变量设定合理的区间空间，采用DOE试验设计生成试验设计矩阵，将试验设计矩阵输入加速噪声仿真分析模块，得到每组试验设计对应的响应结果。

所述近似模型拟合和优化模块，用于对所述响应结果进行拟合，得到整车加速噪声仿真分析近似模型，并基于近似模型进行优化分析，初步得到支架的最优设计参数。

所述优化结果验证模块，用于将最优设计参数代入整车NVH仿真分析有限元模型，计算声压结果，验证支架设计是否达到最优。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，以上是以3个支架的流水槽结构为例，对本发明所作的详细描述，是为了便于相关技术人员理解和应用本方法，但本发明的具体实施方法并不是仅局限于3个流水槽支架的优化。

应当理解，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，建立整车NVH仿真模型；

步骤2，加速噪声仿真分析：以发动机设计转速的激励进行加载，按照整车NVH仿真分析方法得到噪声响应曲线；

步骤3，试验设计及参数化模型建立：以支架数量、位置、料厚为设计变量建立整车NVH参数化模型，对设计变量设定合理的区间空间，采用DOE试验设计生成试验设计矩阵，将试验设计矩阵代入步骤2得到每组试验设计对应的响应结果；

步骤4，近似模型拟合和优化：对所述响应结果进行拟合，得到整车加速噪声仿真分析近似模型，并基于近似模型进行优化分析，初步得到支架的最优设计参数；

步骤5，优化结果验证：将最优设计参数代入整车NVH仿真分析有限元模型，计算声压结果，验证支架设计是否达到最优。

2.根据权利要求1所述的一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法，其特征在于，所述步骤3中，所述试验设计矩阵是通过如下方式得到：在仿真软件中建立整车NVH参数化模型，将流水槽区域支架1、支架2……支架n的位置和料厚确定为试验设计因子，每个因子设计最低和最高两种水平，选取部分因子法进行优化设计，增加中心点数，得到试验设计矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法，其特征在于，所述步骤4，在得到整车加速噪声仿真分析近似模型后，进一步对近似模型进行精度校验，校验过程为：当模型精度低于90%时，增加DOE分析样本点，更新近似模型，直到近似模型精度大于90%。

4.根据权利要求1所述的一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法，其特征在于，所述步骤2是按照整车NVH仿真分析方法得到整车加速驾驶员右耳噪声响应曲线。

5.根据权利要求1所述的一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析方法，其特征在于，所述步骤4是通过优化软件对响应结果进行拟合，优化软件包括Optimus、Minitab。

6.一种参数化的汽车流水槽支架仿真分析系统，其特征在于，所述系统包括：

整车NVH仿真模型建立模块，用于根据整车NVH分析需要建立整车NVH仿真分析有限元模型；

加速噪声仿真分析模块，用于以发动机设计转速的激励进行加载，按照整车NVH仿真分析方法得到噪声响应曲线；

试验设计及参数化模型建立模块，用于以支架数量、位置、料厚为设计变量建立整车NVH参数化模型，对设计变量设定合理的区间空间，采用DOE试验设计生成试验设计矩阵，将试验设计矩阵输入加速噪声仿真分析模块，得到每组试验设计对应的响应结果；

近似模型拟合和优化模块，用于对所述响应结果进行拟合，得到整车加速噪声仿真分析近似模型，并基于近似模型进行优化分析，初步得到支架的最优设计参数；

优化结果验证模块，用于将最优设计参数代入整车NVH仿真分析有限元模型，计算声压结果，验证支架设计是否达到最优。

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