作者 | CAE之家 仿真秀優(yōu)秀講師

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導(dǎo)讀：大家好，我是仿真秀專欄作者，仿真秀優(yōu)秀講師——CAE之家，公眾號CAE之家創(chuàng)始人，累計粉絲數(shù)萬人！自2021年在仿真秀認(rèn)證講師以來，已在仿真秀分享了多套NVH視頻教程，構(gòu)筑一套汽車NVH CAE分析工程師的仿真知識體系和分析方法，并為學(xué)員提供答疑服務(wù)，深受用戶好評。

現(xiàn)擔(dān)任某公司CAE負(fù)責(zé)人，高級工程師，參與多個主機(jī)廠整車項目，完成多個整車結(jié)構(gòu)、NVH及安全等性能相關(guān)的分析和優(yōu)化工作，熟練掌握不同分析類型的仿真分析相關(guān)軟件，仿真分析經(jīng)驗豐富，具有豐富的實際工程案例經(jīng)驗。已發(fā)表多篇論文，已申請及授權(quán)發(fā)明等相關(guān)專利約50項，撰寫相關(guān)分析流程及指南約60余項，在相關(guān)平臺開展多次機(jī)械及汽車仿真知識分享，累計參與人員上萬人。曾榮獲國家優(yōu)秀發(fā)明專利獎第一作者，榮獲中國仿真聯(lián)盟青年科技獎，某集團(tuán)科技進(jìn)步獎4 項，其中一等獎一項、二等獎一項、三等獎二項，均為第一和主要完成人；參與的某型車項目曾榮獲中國汽車科技進(jìn)步一等獎。

本文向讀者朋友介紹一套NVH仿真在整車開發(fā)中的分析方法和思路，如有不當(dāng)，歡迎專家老師批評指正共同進(jìn)步。

一、NVH在整車開發(fā)中的意義

NVH（ Noise、Vibration、Harshness ）是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接的。有統(tǒng)計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和汽車的NVH問題有關(guān)系，而各大汽車企業(yè)有近20%的研發(fā)費用花費在解決汽車的NVH問題上。在汽車NVH開發(fā)過程中，仿真是其中非常重要的一部分，可以在前期進(jìn)行性能分析和改善，在后期可提供方向指導(dǎo)和建議參考。

NVH的重要性不言而喻。其中NVH對顧客非常重要：NVH的好壞是顧客購買汽車的一個非常重要的因素；NVH影響顧客的滿意度：在所有顧客不滿足的問題中，約有1/3是與NVH有關(guān)；NVH影響到售后服務(wù)：約1/5的售后服務(wù)與NVH有關(guān)。

眾所周知，NVH開發(fā)是一個目標(biāo)制定-分解-驗證的過程

Benchmark分析

（1）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)

（2）競爭車的比較測試與分析（主觀與客觀）

目標(biāo)設(shè)定

（1）確定市場及競爭目標(biāo)

（2）考慮成本、重量、與其他系統(tǒng)之間的平衡

（3）確定目標(biāo)

目標(biāo)分解

設(shè)計認(rèn)證

圖1 CAE在NVH開發(fā)中的地位

二、NVH的基本概念

NVH——Noise，Vibration，Harshness

Noise——噪聲

（1）主要分析頻率范圍：20-5000Hz

（2）通過頻率特性、幅值和品質(zhì)來評價

Vibration——振動

（1）主要分析頻率范圍：0.5-50Hz

（2）通過頻率特性、幅值和方向來評價

Harshness——

（1）翻譯過來有如粗糙度、平順性等；

（2）主要指是由于振動噪聲的綜合影響導(dǎo)致的粗糙、刺耳和不和諧的感覺

（3）主要與路面的激勵有關(guān)

（4）研究頻率范圍：低頻

三、NVH的基本理論

描述一個物體運動的基本量可以表示如下形式：

1、單自由度無阻尼系統(tǒng)

單自由度系統(tǒng)無阻尼自由振動運動微分方程：

2、單自由度阻尼系統(tǒng)

3、傳遞函數(shù)基本概念

圖2 傳遞函數(shù)定義

注：

（1）車身靈敏度表征的是車身在外部激勵（振動、噪聲）條件下產(chǎn)生響應(yīng)的程度；

（2）對一個線性系統(tǒng)來說，靈敏度與輸入和輸出沒有關(guān)系；

（3）但是對一個非線性系統(tǒng)，靈敏度不僅與系統(tǒng)有關(guān)，還與輸入和輸出有關(guān)；

（4）在工程上，可以把車身近似看成一個線性系統(tǒng)，即從這層意義講，靈敏度反應(yīng)了車身系統(tǒng)的特征。

四、NVH仿真的主要內(nèi)容

圖2 NVH仿真的主要內(nèi)容

1、NVH仿真通常包括以下內(nèi)容

（1）競品車 NVH分析；

（2）目標(biāo)定義（根據(jù)競品車和相近車型）；

（3）開發(fā)車型NVH分析及優(yōu)化（包括開發(fā)的前期各階段）；

（4）開發(fā)車型的試驗相關(guān)性及模型標(biāo)定；

（5）實車問題跟蹤及解決方案；

結(jié)構(gòu)NVH分析包括以下分析（不限于）：

（1）車身骨架系統(tǒng)

車身模態(tài)分析、車身彎曲剛度分析、車身扭轉(zhuǎn)剛度分析、車身接附點動剛度分析（包括底盤安裝點及附件安裝點）、車身鈑金靈敏度分析、車身阻尼片布置分析、車身局部安裝點靜剛度分析（如座椅及安全帶卷收器）等；

（2）底盤系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)分析、動力傳動系統(tǒng)模態(tài)分析、傳動系統(tǒng)扭振分析、懸置系統(tǒng)模態(tài)分析、關(guān)鍵支架及系統(tǒng)模態(tài)分析等；

（3）Trimmed Body級

TB模態(tài)分析、GPA分析、PACA分析、FRF分析、聲腔模態(tài)分析、NTF分析、VTF分析、IPI分析（一般放在車身里分析，可在早期進(jìn)行優(yōu)化分析）；

（4）整車級

整車模態(tài)分析、整車TPA分析、整車路噪分析（如怠速、加速分析）、動力總成質(zhì)心靈敏度分析、整車Spindle靈敏度分析、傳動軸不平衡分析、輪胎不平衡分析、整車Brake Shudder分析、整車Impact分析、整車?yán)鋮s風(fēng)扇不平衡分析等；

2、NVH仿真性能目標(biāo)定義

NVH仿真中其中一個非常重要的任務(wù)就是目標(biāo)的確定，可以通過競品、同平臺相近車型及相應(yīng)理論等確定。如下表為某車型關(guān)鍵子系統(tǒng)及零部件和整車仿真的參考目標(biāo)。

五、NVH仿真的部分優(yōu)化思路

雖然從事汽車NVH仿真相關(guān)方面的工作有多年了，但在實際工作中也遇到過不少的難點和痛點，以下結(jié)合自己對個人專業(yè)的理解及實際工程的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和建議，當(dāng)然也不僅限于以下，僅是自己的一些淺見和心得。

1、汽車NVH專業(yè)仿真知識的理解

對于正在從事NVH仿真或想從事這塊的朋友，要想做好NVH仿真，首先需要掌握汽車NVH常規(guī)的分析方法及優(yōu)化技巧，如零部件的仿真分析及優(yōu)化，包括模型建模技巧、模態(tài)分析、動剛度分析、靜剛度分析及相關(guān)的優(yōu)化，其中應(yīng)變能優(yōu)化方法是最為常見最為實用的方法等。

（結(jié)構(gòu)應(yīng)變能原理）

（提升剛度分析的方法）

例如在NVH零部件分析中，車身的靜剛度、動剛度及模態(tài)等基本的分析，這些分析方法及結(jié)果方法。像車身接附點動剛度分析，這是一項最基礎(chǔ)的分析，但是動剛度的結(jié)果采用不同的處理方法得到的結(jié)果是有所差異，如果不認(rèn)識到這些差異，不正確對待這些問題，可以會造成一定的困擾。只有我們掌握和理解了這些處理方法，才能更加從容的對待分析結(jié)果以及后續(xù)的結(jié)果評判。NVH分析比較重要的一塊就是優(yōu)化，對于一些不合格或不滿足性能要求的項目往往需要提出優(yōu)化方案，這也是從事NVH仿真的價值所在。掌握這些合適的優(yōu)化方法顯得尤為重要，當(dāng)然這些優(yōu)化方法需要自己一定的項目經(jīng)驗和不斷的總結(jié)。

（不同超單元結(jié)果對比）

2、對汽車結(jié)構(gòu)的理解和整車相關(guān)運動原理的掌握

汽車NVH仿真往往需要建立整車模型，建立整車模型，需要熟悉汽車結(jié)構(gòu)和一些機(jī)構(gòu)的運動關(guān)系。如動力總成動力傳輸，從發(fā)動機(jī)-離合器-變速箱-傳動軸-主減速器-半軸-車輪這整個動力是如何實現(xiàn)的。這對于我們建立整車模型尤為重要，我們實現(xiàn)不同擋位工況下的整車NVH分析，這些運動原理非常重要。特別是其他專業(yè)想從事汽車NVH仿真，需要通過一些渠道學(xué)習(xí)這些知識，如通過專業(yè)書籍的視頻課程或網(wǎng)絡(luò)資源等。

（動剛度與隔振的實際應(yīng)用）

3、NVH相關(guān)理論的學(xué)習(xí)和理解

汽車NVH之所有被稱為玄學(xué)，就是其復(fù)雜性和綜合性。對于從事NVH仿真，需要學(xué)習(xí)相關(guān)的NVH理論知識，包括有限元基礎(chǔ)理論、NVH理論等。如模態(tài)知識、振動知識、聲學(xué)知識、單自由度知識、多自由度知識以及隔振知識等這些基礎(chǔ)的內(nèi)容。只有理解了這些知識，才能在我們實際分析或解決實際工程中，自信沉穩(wěn)。如傳動軸模態(tài)分析，當(dāng)分析完成傳動軸模態(tài)結(jié)果，可以利用理論知識進(jìn)行計算，將仿真與理論值進(jìn)行對比，檢驗仿真的正確及進(jìn)一步理解相關(guān)基礎(chǔ)知識。

（單自由度模型）

4、多參加項目，積累個人經(jīng)驗

俗話說“實踐是檢驗真理的最好標(biāo)準(zhǔn)”，確實是這樣，再好的理論不通過實際的項目實戰(zhàn)，很難加深理解和認(rèn)可，通過參加更多的項目，時刻進(jìn)行總結(jié)和歸納，做好記錄，經(jīng)過一定的時候，對NVH分析優(yōu)化也有了更多的經(jīng)驗和心得。仿真有它的優(yōu)勢，可以不受時間、地點等外在的影響，可以通過計算機(jī)及分析模型實現(xiàn)和驗證自己的一些想法和理解，這也是對自己的一個很好的總結(jié)和升華。

五、NVH課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)參考

根據(jù)NVH仿真的工作經(jīng)歷，整理了一些分析方法和經(jīng)驗總結(jié)，感興趣的伙伴可以關(guān)注我在仿真秀上的相關(guān)內(nèi)容，如簡略如下所示：

1、動剛度的分析方法和優(yōu)化思路

動剛度分析方法一般采用模態(tài)頻率響應(yīng)方法，對車身某一點進(jìn)行激勵，得到同一點的響應(yīng)，即為原點動剛度。通過運動方程可得到動剛度為：Kd=F/X，動剛度是與激勵頻率有關(guān)的函數(shù)，隨著頻率 ω 的變化而改變，包含實部和虛部。

圖4 動剛度定義

圖5 動剛度分析結(jié)果

動剛度優(yōu)化方法（簡略）：

1、增加加強(qiáng)筋：

2、搭接合理；

3、關(guān)鍵件材料厚度加厚；

4、優(yōu)化斷面結(jié)構(gòu)；

5、增加加強(qiáng)件；

6、……

推薦大家查看視頻課程《汽車NVH之動剛度分析與優(yōu)化進(jìn)階7講，行業(yè)進(jìn)階汽車力的傳遞點的動剛度分析》

您可以得到

（1）掌握整車安裝點動剛度分析及優(yōu)化的目的；

（2）掌握整車安裝點動剛度分析及優(yōu)化的基礎(chǔ)理論；

（3）掌握整車安裝點動剛度分析的目標(biāo)來源及設(shè)定方法；

（4）掌握整車安裝點動剛度分析及優(yōu)化的設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（5）掌握整車安裝點動剛度分析及優(yōu)化的三種不同后處理方法的處理流程及難點細(xì)節(jié)等；

（6）掌握整車安裝點動剛度分析及優(yōu)化的三分之一倍頻程方法的處理流程及難點細(xì)節(jié)等；

（7）掌握整車安裝點動剛度與隔振之間的關(guān)聯(lián)和實際應(yīng)用難點細(xì)節(jié)等；

（8）掌握整車安裝點動剛度在實際工程的分析及優(yōu)化方法及難點細(xì)節(jié)等；

（9）掌握整車安裝點動剛度在實際工程的案例實操流程及難點等。

2、常見NVH分析項目的分析方法和優(yōu)化思路

在前期整車NVH建模及分析的基礎(chǔ)上，掌握整車NVH分析及優(yōu)化方法；讓你掌握整車NVH仿真及分析核心技術(shù)，掌握整車NVH分析和優(yōu)化能力。推薦大家關(guān)注筆者在仿真秀原創(chuàng)視頻教程《基于Hypermesh、Nastran和Optistruct整車NVH仿真分析和優(yōu)化進(jìn)階10講》。見下圖

你可學(xué)到

（1）在前期整車NVH建模及分析的基礎(chǔ)上，掌握整車NVH分析及優(yōu)化方法；

（2）掌握整車NVH節(jié)點貢獻(xiàn)量分析的設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（3）掌握整車NVH模態(tài)貢獻(xiàn)量分析的設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（4）掌握整車NVH模面板貢獻(xiàn)量分析的設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（5）掌握整車NVH ODS分析的設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（6）掌握基于Nastran的整車NVH貢獻(xiàn)量優(yōu)化分析方法設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（7）掌握整車NVH TPA分析的原理設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（8）握整車NVH TPA分析的后處理及設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（9）整車NVH 超單元的分析設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

（10）整車NVH DSA的分析設(shè)置流程及難點細(xì)節(jié)等；

3、整車NVH建模、分析方法和優(yōu)化思路

《整車NVH仿真分析進(jìn)階20講-掌握Hypermesh和Optistruct在整車NVH仿真應(yīng)用》，讓你擁有獨立建立整車NVH模型和仿真分析能力。正在加餐錄制10講，全覆蓋NVH結(jié)構(gòu)仿真項目。后續(xù)會籌劃錄制整車級的不同分析項目及方法等。

你將學(xué)到

（1）掌握Hypermesh和Optistruct在整車NVH仿真分析的工作流程、注意事項及必備技能：Hypermesh軟件基本操作和方法；掌握Optistruct整車NVH仿真分析中所用的常見關(guān)鍵字用法和設(shè)置等；

（2）了解國內(nèi)主機(jī)廠在總成建模中的要求和網(wǎng)格劃分中所用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；

（3）解決學(xué)員在Hypermesh和Optistruct軟件應(yīng)用過程中遇到的難點和痛點；

（4）解決學(xué)員在TB及整車 NVH仿真分析建模過程中所遇到的難點問題和痛點，能夠具備獨立建立TB及整車 NVH模型的能力；

（5）掌握車身安裝點動剛度的分析及優(yōu)化方法，能提出合理的結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議；

（6）掌握TB噪聲傳遞函數(shù)的分析及優(yōu)化方法，能提出合理的結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議；

（7）掌握TB振動傳遞函數(shù)的分析及優(yōu)化方法，能提出合理的結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議；

（8）掌握整車傳遞路徑TPA分析方法以及結(jié)果后處理的方法，能夠正確解讀整車

4、超單元在仿真中的系列應(yīng)用

《超單元在產(chǎn)品開發(fā)仿真中的系列應(yīng)用20講-掌握超單元在產(chǎn)品開發(fā)各種仿真中的應(yīng)用》，讓你擁有獨立建立采用超單元進(jìn)行仿真分析及快速解決問題的能力；讓你擁有獨特的仿真技術(shù)能力。

你將學(xué)到

（1）掌握超單元的相關(guān)基礎(chǔ)理論、差異及應(yīng)用場景等；

（2）掌握超單元的不同設(shè)置的應(yīng)用及詳細(xì)的差異對比等；

（3）掌握超單元中不同方法在靜力學(xué)分析中的應(yīng)用方法；

（4）掌握超單元中不同方法在拓?fù)鋬?yōu)化中的應(yīng)用；

（5）掌握超單元中不同方法在在模態(tài)分析中的應(yīng)用；

（6）掌握超單元中不同方法在隨機(jī)振動分析中的應(yīng)用；

（7）掌握超單元中不同方法在動剛度分析中的應(yīng)用；

（8）掌握整車超單元傳遞路徑TPA分析方法以及結(jié)果后處理的方法，能夠正確解讀整車NVH仿真結(jié)果，提出合理的結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議；

（9）加餐1，掌握超單元在Lsdyna中的分析及應(yīng)用（錄制中）

（10）加餐2，掌握超單元在Abaqus中的分析及應(yīng)用（錄制中）

5、關(guān)鍵子系統(tǒng)NVH仿真方法

筆者在仿真秀平臺（官網(wǎng)和APP）還錄制了一些關(guān)鍵子系統(tǒng)和零部件的NVH分析及優(yōu)化方法，可關(guān)注學(xué)習(xí)。

六、小結(jié)

汽車NVH（ Noise、Vibration、Harshness ）在行業(yè)里素有“汽車玄學(xué)”之稱，的確如此，不管是仿真分析、NVH性能開發(fā)以及NVH試驗等等。NVH確實是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接的。有統(tǒng)計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和汽車的NVH問題有關(guān)系，而各大汽車企業(yè)有近20%的研發(fā)費用花費在解決汽車的NVH問題上，從這些方面可以看出NVH在整個汽車開發(fā)過程中的作用和地位。

在這個知識快速更替的時代，如何更加更快的適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，需要自己的提升，也可以借助一些平臺的資源。當(dāng)今行業(yè)競爭雖然激烈，但我們要珍惜當(dāng)時，利用好資源，抱團(tuán)學(xué)習(xí)，讓我們一起共同成長進(jìn)步。

審核編輯：湯梓紅