作者 | CAE之家 仿真秀優秀講師

首發 |仿真秀App

導讀：大家好，我是仿真秀專欄作者，仿真秀優秀講師——CAE之家，公眾號CAE之家創始人，累計粉絲數萬人！自2021年在仿真秀認證講師以來，已在仿真秀分享了多套NVH視頻教程，構筑一套汽車NVH CAE分析工程師的仿真知識體系和分析方法，并為學員提供答疑服務，深受用戶好評。

現擔任某公司CAE負責人，高級工程師，參與多個主機廠整車項目，完成多個整車結構、NVH及安全等性能相關的分析和優化工作，熟練掌握不同分析類型的仿真分析相關軟件，仿真分析經驗豐富，具有豐富的實際工程案例經驗。已發表多篇論文，已申請及授權發明等相關專利約50項，撰寫相關分析流程及指南約60余項，在相關平臺開展多次機械及汽車仿真知識分享，累計參與人員上萬人。曾榮獲國家優秀發明專利獎第一作者，榮獲中國仿真聯盟青年科技獎，某集團科技進步獎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步一等獎。

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

一、NVH在整車開發中的意義

NVH（ Noise、Vibration、Harshness ）是衡量汽車制造質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問題有關系，而各大汽車企業有近20%的研發費用花費在解決汽車的NVH問題上。在汽車NVH開發過程中，仿真是其中非常重要的一部分，可以在前期進行性能分析和改善，在后期可提供方向指導和建議參考。

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；NVH影響到售后服務：約1/5的售后服務與NVH有關。

眾所周知，NVH開發是一個目標制定-分解-驗證的過程

Benchmark分析

（1）數據庫數據

（2）競爭車的比較測試與分析（主觀與客觀）

目標設定

（1）確定市場及競爭目標

（2）考慮成本、重量、與其他系統之間的平衡

（3）確定目標

目標分解

設計認證

圖1 CAE在NVH開發中的地位

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致的粗糙、刺耳和不和諧的感覺

（3）主要與路面的激勵有關

（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

單自由度系統無阻尼自由振動運動微分方程：

2、單自由度阻尼系統

3、傳遞函數基本概念

圖2 傳遞函數定義

注：

（1）車身靈敏度表征的是車身在外部激勵（振動、噪聲）條件下產生響應的程度；

（2）對一個線性系統來說，靈敏度與輸入和輸出沒有關系；

（3）但是對一個非線性系統，靈敏度不僅與系統有關，還與輸入和輸出有關；

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

四、NVH仿真的主要內容

圖2 NVH仿真的主要內容

1、NVH仿真通常包括以下內容

（1）競品車 NVH分析；

（2）目標定義（根據競品車和相近車型）；

（3）開發車型NVH分析及優化（包括開發的前期各階段）；

（4）開發車型的試驗相關性及模型標定；

（5）實車問題跟蹤及解決方案；

結構NVH分析包括以下分析（不限于）：

（1）車身骨架系統

車身模態分析、車身彎曲剛度分析、車身扭轉剛度分析、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

轉向系統模態分析、動力傳動系統模態分析、傳動系統扭振分析、懸置系統模態分析、關鍵支架及系統模態分析等；

（3）Trimmed Body級

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

（4）整車級

整車模態分析、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、整車冷卻風扇不平衡分析等；

2、NVH仿真性能目標定義

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

五、NVH仿真的部分優化思路

雖然從事汽車NVH仿真相關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，以下結合自己對個人專業的理解及實際工程的應用進行了總結和建議，當然也不僅限于以下，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常規的分析方法及優化技巧，如零部件的仿真分析及優化，包括模型建模技巧、模態分析、動剛度分析、靜剛度分析及相關的優化，其中應變能優化方法是最為常見最為實用的方法等。

（結構應變能原理）

（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、動剛度及模態等基本的分析，這些分析方法及結果方法。像車身接附點動剛度分析，這是一項最基礎的分析，但是動剛度的結果采用不同的處理方法得到的結果是有所差異，如果不認識到這些差異，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果以及后續的結果評判。NVH分析比較重要的一塊就是優化，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化方案，這也是從事NVH仿真的價值所在。掌握這些合適的優化方法顯得尤為重要，當然這些優化方法需要自己一定的項目經驗和不斷的總結。

（不同超單元結果對比）

2、對汽車結構的理解和整車相關運動原理的掌握

汽車NVH仿真往往需要建立整車模型，建立整車模型，需要熟悉汽車結構和一些機構的運動關系。如動力總成動力傳輸，從發動機-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的。這對于我們建立整車模型尤為重要，我們實現不同擋位工況下的整車NVH分析，這些運動原理非常重要。特別是其他專業想從事汽車NVH仿真，需要通過一些渠道學習這些知識，如通過專業書籍的視頻課程或網絡資源等。

（動剛度與隔振的實際應用）

3、NVH相關理論的學習和理解

汽車NVH之所有被稱為玄學，就是其復雜性和綜合性。對于從事NVH仿真，需要學習相關的NVH理論知識，包括有限元基礎理論、NVH理論等。如模態知識、振動知識、聲學知識、單自由度知識、多自由度知識以及隔振知識等這些基礎的內容。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。如傳動軸模態分析，當分析完成傳動軸模態結果，可以利用理論知識進行計算，將仿真與理論值進行對比，檢驗仿真的正確及進一步理解相關基礎知識。

（單自由度模型）

4、多參加項目，積累個人經驗

俗話說“實踐是檢驗真理的最好標準”，確實是這樣，再好的理論不通過實際的項目實戰，很難加深理解和認可，通過參加更多的項目，時刻進行總結和歸納，做好記錄，經過一定的時候，對NVH分析優化也有了更多的經驗和心得。仿真有它的優勢，可以不受時間、地點等外在的影響，可以通過計算機及分析模型實現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和升華。

五、NVH課程系統學習參考

根據NVH仿真的工作經歷，整理了一些分析方法和經驗總結，感興趣的伙伴可以關注我在仿真秀上的相關內容，如簡略如下所示：

1、動剛度的分析方法和優化思路

動剛度分析方法一般采用模態頻率響應方法，對車身某一點進行激勵，得到同一點的響應，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的函數，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 動剛度分析結果

動剛度優化方法（簡略）：

1、增加加強筋：

2、搭接合理；

3、關鍵件材料厚度加厚；

4、優化斷面結構；

5、增加加強件；

6、……

推薦大家查看視頻課程《汽車NVH之動剛度分析與優化進階7講，行業進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化的目的；

（2）掌握整車安裝點動剛度分析及優化的基礎理論；

（3）掌握整車安裝點動剛度分析的目標來源及設定方法；

（4）掌握整車安裝點動剛度分析及優化的設置流程及難點細節等；

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

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

（7）掌握整車安裝點動剛度與隔振之間的關聯和實際應用難點細節等；

（8）掌握整車安裝點動剛度在實際工程的分析及優化方法及難點細節等；

（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化思路

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

你可學到

（1）在前期整車NVH建模及分析的基礎上，掌握整車NVH分析及優化方法；

（2）掌握整車NVH節點貢獻量分析的設置流程及難點細節等；

（3）掌握整車NVH模態貢獻量分析的設置流程及難點細節等；

（4）掌握整車NVH模面板貢獻量分析的設置流程及難點細節等；

（5）掌握整車NVH ODS分析的設置流程及難點細節等；

（6）掌握基于Nastran的整車NVH貢獻量優化分析方法設置流程及難點細節等；

（7）掌握整車NVH TPA分析的原理設置流程及難點細節等；

（8）握整車NVH TPA分析的后處理及設置流程及難點細節等；

（9）整車NVH 超單元的分析設置流程及難點細節等；

（10）整車NVH DSA的分析設置流程及難點細節等；

3、整車NVH建模、分析方法和優化思路

《整車NVH仿真分析進階20講-掌握Hypermesh和Optistruct在整車NVH仿真應用》，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結構仿真項目。后續會籌劃錄制整車級的不同分析項目及方法等。

你將學到

（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鍵字用法和設置等；

（2）了解國內主機廠在總成建模中的要求和網格劃分中所用標準規范；

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

（4）解決學員在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化方法，能提出合理的結構改進建議；

（6）掌握TB噪聲傳遞函數的分析及優化方法，能提出合理的結構改進建議；

（7）掌握TB振動傳遞函數的分析及優化方法，能提出合理的結構改進建議；

（8）掌握整車傳遞路徑TPA分析方法以及結果后處理的方法，能夠正確解讀整車

4、超單元在仿真中的系列應用

《超單元在產品開發仿真中的系列應用20講-掌握超單元在產品開發各種仿真中的應用》，讓你擁有獨立建立采用超單元進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能力。

你將學到

（1）掌握超單元的相關基礎理論、差異及應用場景等；

（2）掌握超單元的不同設置的應用及詳細的差異對比等；

（3）掌握超單元中不同方法在靜力學分析中的應用方法；

（4）掌握超單元中不同方法在拓撲優化中的應用；

（5）掌握超單元中不同方法在在模態分析中的應用；

（6）掌握超單元中不同方法在隨機振動分析中的應用；

（7）掌握超單元中不同方法在動剛度分析中的應用；

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

（9）加餐1，掌握超單元在Lsdyna中的分析及應用（錄制中）

（10）加餐2，掌握超單元在Abaqus中的分析及應用（錄制中）

5、關鍵子系統NVH仿真方法

筆者在仿真秀平臺（官網和APP）還錄制了一些關鍵子系統和零部件的NVH分析及優化方法，可關注學習。

六、小結

汽車NVH（ Noise、Vibration、Harshness ）在行業里素有“汽車玄學”之稱，的確如此，不管是仿真分析、NVH性能開發以及NVH試驗等等。NVH確實是衡量汽車制造質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問題有關系，而各大汽車企業有近20%的研發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行業的發展，需要自己的提升，也可以借助一些平臺的資源。當今行業競爭雖然激烈，但我們要珍惜當時，利用好資源，抱團學習，讓我們一起共同成長進步。

審核編輯：湯梓紅