某车型转向系统NVH性能分析与优化

某车型转向系统NVH性能分析与优化

侯罡

侯罡

长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心保定071000

摘要：本文首先针对某车型怠速时转向系统NVH性能存在的问题进行深入的分析，在此基础上将仿真分析与试验测试方法之间实现了有效的结合，然后针对车型转向系统NVH性能优化措施进行了深入的探究，希望能为相关人员提供合理的参考依据。

关键词：转向系统；NVH性能；分析；优化

目前，随着我国社会经济的不断发展，人们对于生活舒适度提出了更高的要求，从而对汽车NVH性能引起了高度的重视。在汽车行驶过程中，转向系统通常会产生振动和噪声现象，并且驾驶员可以对这些现象进行直接的感受，对于整个汽车NVH性能的发挥产生了非常重要的影响。在对汽车转向系统以及仪表板总成进行设计的过程中，对有限元法进行充分的利用，在此基础上不但可以减少成本的投入，同时还能对转向系统与仪表板安装横梁总成的NVH性能进行准确的预测。

1某车型转向系统有限元分析

1.1有限元模型的构建

本文在对转向系统有限元模型进行构建的过程中，主要是采用Hypermesh有限元软件来进行，在对有限元模型进行计算的过程中，保证最终的计算结果具有一定的准确性，在此基础上针对该模型进行了相应的优化处理工作，比如对安全气囊进行了集中的模拟，在对钣金件进行模拟的过程中，主要是采用shell单元来进行，在对方向盘以及是十字节进行模拟时，采用实体单元方法来进行。

1.2模态分析

在已经构建完善的有限元模型基础上，然后通过MSC.Nastran完成了相应的分析工作，对最终的结果进行求解，其计算结果如下表1所示。

表1转向系统仿真结果与试验结果对比

由上表中所显示的相关数据可以了解到，有限元仿真结果可以符合最终的试验测试结构，并且误差控制在了6%以内，其中1阶固有频率的误差为1.51%，在对转向系统模态结果分析与计算的基础上，可以对有限元模型的准确性进行有效的判定。

1.3模态优化

结合实验过程来看，该车型在怠速状态下，其方向盘1阶固有频率与发动机激励频率之间存在共振现象，这就会造成在怠速状态下时，方向盘产生非常大的振动现象。在实验中所选择的车型发动机为四杠发动机，其中振动的频率基本上控制在25-35Hz之间，因为受到激振频率3Hz原则的影响，所以当转向系统在整个汽车中的模态会在原来的基础上下降3Hz，在这一过程中需要对发动机转速波动进行充分的考虑，将转向系统放置在整车中的1阶模态目标值设置在37Hz以上。从表1当中所体现出的相关数据进行分析，该车型转向系统仿真1阶模态频率为28.42Hz，由此可以看出，转向仿真与实际目标值之间存在着非常大的差距。针对这种现象，需要针对该车型的转向系统进行相应的优化工作，只有这样才能对怠速状态下的振动问题实现合理解决。

在对该车型转向系统进行优化的过程中，因为不能对支架几何拓扑结构进行大范围的调整和修整，所以转向系统中的相关零件厚度是对模态频率产生影响的主要原因。要想实现对转向系统的合理优化，首先应该对转向系统中相关零件厚度进行合理的划分和分配，在保证系统质量比较轻的基础上，从而满足NVH性能对于模态特性方面的相关要求。

在本文实验当中，主要是采用灵敏度分析法完成了对转向系统零件厚度的优化工作，对MSC.Nastran求解器进行了充分的利用，在此基础上对完成对相关零件厚度的分析工作，对整体质量以及各个阶模态频率的灵敏度进行了明确，然后结合最终灵敏度的大小完成了对钣金件厚度的优化工作。该车型的转向系统中一共涉及到了五十一个零件，经过调查分析来看，其中有十六个零件对模态频率以及整体质量有着较大的影响，所以将这十六个零件的厚度作为实验过程中的主要设计变量。在对相关条件进行约束的过程中，主要是将方向盘四个方向的抖动频率控制在37Hz以上，将整体最小质量作出主要的优化目标，将厚度的变化步长控制为0.1mm。

2转向系统优化前后对比分析

2.1优化前后有限元对比分析

在CAE优化工作开展之后，然后利用MSC.Nastran有限元软件完成了转向系统模态的仿真分析工作，然后与优化之前的结果进行了深入的分析和对比，优化之前与优化之后的转向系统模态频率如下表2所示。通过表2中的相关数据信息可以看出，在对转向系统进行相应的优化分析工作之后，每阶频率与之前相比都有了上升的趋势，其中方向盘的1阶抖动频率从28.42Hz上升到了37.47Hz，最终达到了目标值37.00Hz的相关要求。

表2优化前后转向系统模态频率对比

2.2优化前后实验测试对比分析

在试验工作开展之前，分别对两辆车进行了相应的评价分析工作，其中1号车属于没有进行优化的转向系统，而2号车根据CAE分析方案中的内容对转向系统进行了相应的优化工作。根据最终的评价结果显示，2号车与1号车进行对比来看，2号车在怠速状态下当握住方向盘时，会明显感觉到方向盘的振动现象逐渐降低，在对test.Lab模块充分利用的基础上，然后对怠速状态下方向盘振动开展了相应的客观测试工作，然后与优化工作实施之前的测试结果进行了相应的对比分析工作，最终的分析结果如下表3所示。从表3当中所呈现出的相关数据可以了解到，在对转向系统进行优化之后，其方向盘的振动RSS值由原本的0.99m/s2降低到了0.41m/s2，其中振动与原来相比降低了59%，可以满足目标值的相关要求。

表3优化前后测试结果对比分析

为了可以对优化之后转向系统的特性进行更深一步的明确，在试验过程中对主观评价的正确性、怠速状态下客观测试结果的准确性以及最终CAE优化方案的可实施性等进行了深入的分析，在这一过程中对test.Lab的ImpactTesting模块进行了充分的利用，在此基础上针对已经优化之后的转向系统开展了相应的模态试验工作，然后对最终的试验结果做出了总结，与优化工作开展中之前的结果进行了相应的对比分析工作，最终的分析结果图下表4所示。根据表4中所呈现出的相关数据可以了解到，在对转向系统进行优化之后，其转向系统1阶固有频率从28.85Hz上升到了38.34Hz，一共上升了32.9%，由此可以看出，不处于四缸发动机怠速激励25-35Hz的频率反范围之内。并且优化之后的转向系统振动与之前相比有了非常大的改善，该车整体的NVH性能有了非常明显的提升。

结语：

综上所述，在试验过程中将CAE仿真与验证试验方法之间实现了有效的结合，可以对方向盘振动现象起到非常重要的改善作用，并且在使用过程中有着非常明显的可行性以及实用性，希望能为转向系统NVH的设计与优化工作提供良好的参考作用。

参考文献：

[1]何承恩，刘晓文.基于某在产车型转向系统抖动大的问题解决措施[J].企业科技与发展，2017(18):22-25.