噪音振动培训IAT

=海马NVH讲义=

６．CAE在开发车NVH中的应用1/472007/4於海口IAT（北京精衛全能科技有限公司）北京CAE吉川誠第一页，共四十八页。CAE应用的目的及必要条件CAE的目的必要条件；・要与试验相对应、验证・试验方法的完善及应用①替换试制、试验

②对要素进行详细研究、最优化

必要要件；・根据对发生机理的理解，明确造成影响的原因。・明确评价基准及目标特性2/47第二页，共四十八页。CAE在开发车NVH中的应用

仪表板支撑结构零件名構成车身驾驶室车架・侧车身・仪表板・地板搁脚板

・顶盖车门/发动机盖/尾门车梁转向结构发动机悬置・支架悬架・臂底盘发动机动力机构・排気系/吸気系

评价项目灵敏度・弯曲刚性/fn,扭转刚性/ｆn・振動灵敏度,声音灵敏度・振動灵敏度/ｆn,振動灵敏度・弯曲刚性/ｆn,振動灵敏度,

声音灵敏度・弯曲刚性/ｆn,声音灵敏度・音響灵敏度・弯曲刚性/fn,振動灵敏度・弯曲刚性/fn,声音灵敏度・弯曲刚性/fn,振動灵敏度・振動伝達特性/ｆn・振動灵敏度/fn,声音灵敏度・弯曲刚性/fn,声音灵敏度・振動伝達特性・起振力,惯性力矩・振動灵敏度/fn,声音灵敏度対象NVH現象・轰鸣音・怠速振动・车身振动・轰鸣音・发动机音・道路噪声・齿轮音・轰鸣音・怠速振動・轰鸣音・怠速振動・怠速振動・发动机音・齿轮音・乘坐舒适性・轰鸣音・道路噪音・怠速振动・轰鸣音・轰鸣音3/47第三页，共四十八页。乘用车室内固体传播音分析流程BEM模型BEM音响分析・频率应答分析・声场分析車室内騒音評価车身内吸音特性FEM模型FEM振動解析・固有値解析车身饰板振動特性车身结构変更BEM振动分寄与度解析发动机起振力发动机悬置振動特性车身加振力4/47第四页，共四十八页。車内音-噪音等级的比較ベンツＢＭＷポルシェVWアウディオペルローバーフィアットアルファロメオルノープジョーボルボフォードトヨタ日産マツダ三菱ホンダ富士重工ダイハツスズキ100km/h均速行驶5560657075800.511.522.533.544.5发动机排量L10dB5/47第五页，共四十八页。车身骨架扭转刚性2345軸距(m)10-210-11101102捩り剛性（MN･m2/rad)1kN1kN测点３测点1FrL1m1mxyz非承载式车身承载式车身6/47第六页，共四十八页。怠速振动原因；车身骨架振动②频率应答分析输入・实际输入(実験同定)・灵敏度(単位输入NASTRAN结构分析（线性动态分析)①固有值分析对象频率区域的固有值分析（比一般的频率应答领域广)固有模式响应・实际运转模式・FRF(传递函数)(FrequencyResponseFunction)输入FRF(地板的应答）加速度频率7/47第七页，共四十八页。车身的主要振动模式（～５０Hz)①骨格扭转②弯曲３節③T/Gate剛体共振④弯曲２節⑤方向盘上下⑥顶盖1次20503040Hz8/47第八页，共四十八页。动力装置跳动车身扭转车身弯曲怠速振动原因；车身骨架振动9/47第九页，共四十八页。控制弯曲振动的刚性要素怠速振动原因；车身弯曲振动10/47第十页，共四十八页。怠速振动原因；车身振动灵敏度15202530354045周波数Hz10010-110-210-3振動感度m/s2･N向整车,车身前端加载-底板(驾驶席）上下振動加速度不带散热器百叶窗带散热器百叶窗11/47第十一页，共四十八页。102030405010-110-210-310-4周波数Ｈｚ振動加速度m/s2･N向整车,车身前端输入时-底板(驾驶席）上下振動加速度100骨架共振底板共振（怠速区域）Ｌ４Ｖ６怠速振动原因；车身骨架/底板振动灵敏度12/47第十二页，共四十八页。＜球头螺母・齿轮型＞怠速振动原因；转向系统振动④方向盘ｆｎ・确保辐条刚性①确保基础结构的刚性②确保支撑刚性的刚性③确保转向柱的刚性13/47第十三页，共四十八页。怠速振动原因；方向盘振動灵敏度15202530354045周波数Hz10010-110-210-3振動加速度m/s2･N向整车,车身前端输入时-方向盘上下振動加速度带散热器百叶窗不带散热器百叶窗14/47第十四页，共四十八页。(3)燃烧引起的滚动力矩

-πD2ｒ[b2sin(2ωｔ）+a2cos(2ωｔ）]a2andb2;トルクハーモニックス係数－平均有効圧Pi的函数ωｔrℓDwMFPi(1)往復慣性引起的上下力4mrω2e2cos(2ωｔ）e2=1/λ+1/4λ3λ＝ℓ/r(2)往复惯性引起的滚动力矩

4mrω2f2sin(2ωｔ）f2=1/2+1/32λ4

怠速振动原因；发动机起振力15/47第十五页，共四十八页。慣性主軸方式的想法

降低相对于主要起振力方向(滚动方向）上的弹簧的刚性，通过降低该方向的固有値，从而提高防振性能。→在惯性主軸上设置主悬置，支撑重量，以软弹簧来承受主要的起振力怠速振动原因；发动机悬置系慣性主軸主悬置滚子悬置（软弹簧）16/47第十六页，共四十八页。０２０４０６０８０上下剛性×104N/m０２０４０ロール剛性ｘ１０3N･ｍ／ｒａｄ６０悬置的传递特性是与系统的横摇刚性值与上下刚性值有关，与悬置的方式无关。怠速振动原因；发动机悬置的刚性

怠速振动好舒适性好慣性主軸支持重心支持17/47第十七页，共四十八页。由动力装置-发动机悬置形成的振動系的固有值对输入的传递性能有影响。选定好发动机悬置系的弹簧刚性及布置等，使形成以上的关系。伝達率周波数发动机振动原因；发动机悬置传递特性1/2发动机起振力周波数域√2ω0ω0（共振周波数）18/47第十八页，共四十八页。検討例(4缸发动机、怠速振动时）怠速转速；６００～７５０ｒｐｍ发动机起振力周波数；２０～２５Ｈｚ(发动机转动２次成分)发动机悬置系的共振周波数；传递度为1的周波数；（２０～２５Ｈｚ）/√２＝14～18Ｈｚ设定比上述值低的数。

～１０Hz怠速振动原因；发动机悬置传递特性2/219/47第十九页，共四十八页。车架(骨架)模型現象解析机理分析要素変更的难易度外壳(詳細)模型解析用途模型及要素数（精度）振动分析用模型◎◎△～○有利于骨架布置等(初期布置研究)要素数～1万○△◎有利于详细结构研究及改良研究等。要素数20～50万20/47第二十页，共四十八页。要素数6,500振动分析用模型(骨架模型）・骨格→梁要素・饰板→外壳要素

・装饰件→質量要素付加・车门/背门→外壳＆梁要素

21/47第二十一页，共四十八页。要素数約29万振動分析用模型(详细模型）・骨格→外壳要素・饰板→外壳要素（含熔着性防振板）・车门/背门→外壳要素・装饰件→附加質量要素・发动机→弹簧＆質量要素

22/47第二十二页，共四十八页。用NASTRAN分析声音・结构耦合结构系模型声响系模型车室内为模型。(空気、シート等）耦合(Coupling)304050607080050100150200周波数(Hz)音響灵敏度(dB-A/kgf)外板放射音解析车身传递给车架、使外板振动，产生声音。前提条件轰鸣音原因；车身振动/声响特性23/47第二十三页，共四十八页。轰鸣音原因；动力装置振动发动机起振力燃焼/慣性力动力机构弾性振動悬置绝缘体位移車内音（轰鸣音）车身骨架/饰板振動动力机构剛体振動（跳动,滚动）底盘车梁振動（主要是FR車）車室内音響特性24/47第二十四页，共四十八页。直列4缸发动机的起振力、起振力矩如果将单汽缸发动机按180度变换相位，当凑足4缸份后，则奇数成分消失，如下所示。2,31,4ωθｒℓ

OｙｚFx,Fy,Fz；分别为绕x,y,z軸方向的起振力Mx,My,Mz；分别为绕x,y,z軸的起振力矩Mcomb；燃烧引起的绕ｘ軸的起振力矩D；气缸径ｒ；曲轴半径ℓ；连杆长度ｍ；每个气缸的往復慣性質量θ

；第1缸上止点起的曲轴转角ω；曲轴旋转速度（dθ/ｄｔ）轰鸣音原因；发动机起振力(4缸)25/47第二十五页，共四十八页。各个谐波係数Ai，Bi，ai，bi（i=2，4，・・・）如下，λ=ℓ/r

。（右図）0.40.30.20.10-0.100.10.20.3図示平均有効圧(MPa）谐波係数(MPa）a2a4a6b2b4b6轰鸣音原因；发动机起振力(4缸)26/47第二十六页，共四十八页。(1)往復慣性質量引起的起振力直列4気筒直列6気筒直列8気筒90°Ｖ8気筒ＦxＦy1次2次3次4次5次・・・Ｆz0000000000001000000000000.02200.0220.015・・・・・・・・・・・・(2)往復慣性質量引起的起振力矩直列4気筒直列6気筒直列8気筒90°Ｖ8気筒MxMy1次2次3次4次5次・・・Mz0000100000.39000.01300.0120.01100000000・・・・・・・・・・・・0000(3)燃焼引起的起振力矩直列4気筒直列6気筒直列8気筒90°Ｖ8気筒Mcomb1次2次3次4次5次・・・0000100000.64000.3200.320.320000・・・・・・・・・・・・轰鸣音原因；发动机起振力(多缸)27/47第二十七页，共四十八页。縦弯曲模式横弯曲模式300200横曲げｆｎ(Hz)200300縦曲げｆｎ(Hz)４WD2WD2WD(油底壳带强化板）轰鸣音；动力装置弾性振動28/47第二十八页，共四十八页。发动机悬置部输入轰鸣音产生的原因；车身骨架/仪表板振動车身骨架振动仪表盘膜振動共振車室内音響特性車内音(轰鸣音）29/47第二十九页，共四十八页。轰鸣音原因；侧面/前端振動从发动机悬置部输入車室内音響特性車内音（轰鸣音）音10403020100200300400周波数Hz車体音響灵敏度dBA/N50050前席音／发动机悬置点上下输入30/47第三十页，共四十八页。轰鸣音原因；底盘车梁振動从发动机悬置部输入底盘车梁弯曲振动共振车身骨架/底板振动車室内音響特性車内音（轰鸣音）声音灵敏度dB/N604020100140周波数Hz80120401608060后座位音／底盘车梁支撑点输入31/47第三十一页，共四十八页。轰鸣音产生的原因；排気系振動动力机构振動排気系振動消声器吊架车身底板振動車室内声音特性車内音（轰鸣音）2007060504030周波数Hz音響灵敏度ｄBA/N10015050前座位音／UCC悬挂输入32/47第三十二页，共四十八页。降低轰鸣音的流程(1)最適化手法FEMBEM模态参数固有値解析・目的函数；最优模式特性・設計变量；饰板板厚,断面尺寸等灵敏度解析構造最优化・目的函数；轰鸣音最大値・設計变量；模态参数模式特性最优化声音解析轰鸣预测実験計画法33/47第三十三页，共四十八页。実験実車行驶测量・室内構成饰板各部振動BEM声场・影响度解析・各部声音的寄予、总的声音轰鸣音周波数与要因分析・明确对象周波数及部位FEM车身数模化/固有値解析・确认在BEM、FEM上对象频率的应对。各変更项目的频率応答計算・各部分変更对对象频率影響度・总降低量声场解析・变更引起各部分声音的贡献、总的声音・与目标值对比，判断是否可以实施变更こもり音低減のための構造検討の流れ(2)影響係数34/47第三十四页，共四十八页。顶盖饰板NO.4顶盖弧拱NO.3顶盖弧拱504030304050振動ﾚﾍﾞﾙ(dB)侧顶盖车轨～顶盖中央間传递函数周波数(Hz)量産車研究；harsh轰鸣音的解析現状改良fn低下ﾚﾍﾞﾙ低下現状2.5dB改良追加板板的尺寸：220X78mmｔ3.0（0.4kg）試験結果前席中央音(dB-A)50周波数（Hz)30403040506035/47第三十五页，共四十八页。发生轰鸣音声音系前後１次模式前顶盖车轨，顶盖后车门的结构系振动模式耦合量産車研究；产生轰鸣音的机理36/47第三十六页，共四十八页。量産車研究；A/T连接时轰鸣音分析・最优化研究1.0E-041.0E-031.0E-02304050607080C2周波数(Hz)声压等级(Pa)前座椅中央音初期状態最佳化峰值２.０dB低下37/47第三十七页，共四十八页。车身振動原因；发动机悬置振動发动机悬置部输入车身振動特性车身振動前座椅底板振動／发动机悬置点上下输入振動振動加速度レベル(ｄB)周波数(Hz)6010016020408012014010-31/kg38/47第三十八页，共四十八页。车身振動原因；驱动轴弯曲振動动力装置振動（主要是跳动）驱动轴弯曲振動共振悬挂臂,底盘梁车身骨架/底板车身振動车身传递率dB軸径，固有振動数Hz39/47第三十九页，共四十八页。乘坐舒适性原因；悬挂振動传递特性Re.←→Fr.轮胎振動悬挂振動传递特性车身振动(乘坐舒适性）车身振動／轮胎振動20振動伝達率（dB）-200-10-30010周波数（Hz）24681214161840/47第四十页，共四十八页。道路噪音原因；车身底板声音灵敏度Re.←→Fr.100200300400周波数(Hz)音響灵敏度(dBA/N)6050403070前底板后座椅底板行李箱底板41/47第四十一页，共四十八页。道路噪音原因；车身/悬挂

声音灵敏度Re.←→Fr.后座椅音／上臂安装点输入

080604020车身声音灵敏度dBA/N100200300400周波数Hz5000・high-mount多连杆悬挂42/47第四十二页，共四十八页。道路噪音原因；车身/悬挂

声音灵敏度Re.←→Fr.前座椅音／前輪右側下摇臂後側安装点前後输入

10403020100200300400周波数Hz车身声音灵敏度dBA/N5005043/47第四十三页，共四十八页。发动机结构振動（剛体,弾性）悬置支架振動・悬置insulator剛性・悬置支架ｆｎ底盘要素振動・车梁刚性・insulator剛性車内音车身振动/声音特性车身振动・车身饰板剛性・ｆｎ发动机音（車内音）；固体传播音44/47第四十四页，共四十八页。1030100300周波数Hz1000203040动弹簧常数×104Ｎ/m車内音目标水准車体声音灵敏度悬置传递力支架位移支架振動允许范围发动机音原因；发动机悬置

支架振動声音灵敏度dBA/N20020