在汽車研發(fā)中CAE計算機仿真技術有著重要意義,隨著行業(yè)競爭的加劇,產(chǎn)品更新速度越來越快。CAE在產(chǎn)品設計的質(zhì)量、壽命、性能和成本等方面發(fā)揮著更加重要的作用,CAE為汽車行業(yè)的高速發(fā)展提供了具有中心價值地位的技術保障,避免傳統(tǒng)上的設計—試制—測試—改進設計—再試制的重復過程,為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟效益。
在整車CAE仿真中,帶內(nèi)飾車身的仿真是核心內(nèi)容之一。帶內(nèi)飾車身是將整車從軟連接處(彈簧、襯套)斷開,去除動力總成和底盤系統(tǒng)后剩下的部分,專業(yè)術語為Trimmed Body(下面簡稱TB)。主要包括白車身、門蓋系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、內(nèi)外飾系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、副車架和電子電器件等,能夠較好的反映整車狀態(tài)下的車身狀況。以T300車型開發(fā)中的TB NVH仿真為例,主要研究模態(tài)、動力總成與底盤安裝點的激勵到車內(nèi)響應點之間的噪聲傳遞函數(shù)(NTF)、振動傳遞函數(shù)(VTF)等。眾泰工程師在T300開發(fā)處于數(shù)據(jù)階段時,就能夠預測設計中存在的NVH性能風險,并通過NVH仿真找到最佳優(yōu)化方案,提升T300的NVH性能。
搭建模型是進行Trimmed Body仿真的第一步,工程師將T300數(shù)據(jù)導入軟件中。由于車身主要由薄板件構成,因此采取用薄板中間平面代替薄板的方式進行網(wǎng)格模型建立,并對各個子系統(tǒng)進行合理的簡化,并將各個子系統(tǒng)進行連接,得到T300 Trimmed Body 模型。模型共由245萬個網(wǎng)格單元組成,整個TB建模需要白車身、門蓋系統(tǒng)、內(nèi)外飾系統(tǒng)、電器系統(tǒng)等方面的Catia數(shù)據(jù)。
搭建完模型后,工程師才能啟動進一步的仿真分析。NVH仿真主要進行三方面的分析:其中TB模態(tài)仿真是為了考察帶內(nèi)飾車身固有頻率和振型,了解動態(tài)特性,為解決噪聲、振動問題提供參考依據(jù);TB噪聲傳遞函數(shù)分析是在單位力的作用下車內(nèi)響應點的聲壓值, TB振動傳遞函數(shù)是在單位力的作用下車內(nèi)響應點的振動值。
模態(tài)分析作為整車NVH分析的一個基礎環(huán)節(jié),對整車NVH性能管控起著關鍵的作用。模態(tài)分析能夠反映出結構在低頻范圍內(nèi)的振動問題,尤其對避開路面和發(fā)動機激勵尤為重要。將T300模型投入到求解器中進行計算得到T300車型的模態(tài)圖、振動傳遞函數(shù)曲線圖、噪聲傳遞函數(shù)曲線圖。
分析車身整體或局部在各頻率下的運動模態(tài)情況時,為了方便觀察,通常會將運動模態(tài)放大處理。在模態(tài)振型圖中顏色越冷代表著振動越小,顏色越暖的地方表示振動越大。這時,工程師們就可以通過暖色調(diào)部分查看該位置是否存在問題,并對其進行優(yōu)化直到該階模態(tài)達到設定的目標為止。在后背門的設計過程中,如果后背門模態(tài)偏低,會導致其行駛過程中振動過于激烈,密封性及其抵抗變形的能力差,引起車內(nèi)轟鳴聲。
車身上的具有較大平面的鈑金件(如地板、頂蓋、前圍板)如果模態(tài)偏低,會導致與發(fā)動機或者路面激勵耦合產(chǎn)生共振,造成車內(nèi)轟鳴聲,影響整車NVH性能。
車身在整車的NVH性能中有著重要影響,不論是來自路面的噪聲,還是來自發(fā)動機的噪聲,都是通過車身傳遞給乘員。所以對車身與底盤之間的主要連接區(qū)域進行噪聲傳遞函數(shù)分析,以便找到對NVH特性影響比較大的關鍵零部件,預測噪聲水平,并采取相應的措施有效地抑制噪聲傳入車內(nèi),從而降低車內(nèi)噪聲。針對某一峰值下噪聲傳遞函數(shù)超標問題,在該頻率下進行節(jié)點貢獻量分析。
針對某頻率響應(產(chǎn)生振動和噪聲)峰值超標問題,工程師們會找到該頻率附近幾階模態(tài),并求得其附近幾階模態(tài)的總和,對其進行工作變形模態(tài)分析(ODS分析),能夠有效地解決該頻率下響應較大的問題。
對于車內(nèi)振動來說,人們最為關心的是低頻振動。從其產(chǎn)生的機理可以看出它與整車結構設計有很大的直接關系,它是在從零部件向整車的整合過程中帶來的問題。設計階段,NVH仿真可以通過對有限元模型進行振動傳遞函數(shù)(VTF)分析,找到在設計階段存在的問題,可以有效地抑制汽車低頻抖動的問題,提高車內(nèi)乘員的舒適性。
目前眾泰汽車工程研究院已經(jīng)建立了科學而完整的CAE仿真研發(fā)體系,通過CAE仿真技術的運用,眾泰汽車大幅提高了研發(fā)中的設計質(zhì)量和效率,減少車型設計修改時的盲目性。同時積累了大量的仿真試驗數(shù)據(jù)和技術參數(shù),進一步提升了研發(fā)中的設計能力。