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某微车转向系统怠速NVH性能优化

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qiyekejiyufazhan2014年第23期（总第387期）企业科技与发展1引言随着人们对汽车驾驶舒适性的重视，顾客对汽车NVH 性能的要求越来越高[1]，尤其是发动机怠速时，若转向系统结构设计不合理，方向盘会剧烈抖动[2]，直接影响整车的驾驶舒适性。

因此，提高转向系统的怠速NVH 性能，避免与发动机发生共振，对提高整车舒适性具有十分重要的意义。

为满足客户需求，某量产微车转向系统拟配备电动助力转向机构（EPS ），进行CAE 分析时发现，配EPS 的转向系统一阶模态频率偏低，接近发动机怠速频率，极易引起共振。

由于该车型已量产，只能对转向管柱支架、仪表板支架等进行局部优化。

目前，传统优化方法是利用有限元方法，通过分析其模态频率与振型，并根据应变能分布情况，识别转向系统的薄弱区域，然后对该区域进行强化处理。

该方法主要依赖设计者的经验，耗时耗力，效率不高。

本文结合形貌优化方法，通过建立优化目标，定义响应及约束条件，可以更直观、更简便地提高转向系统的一阶模态频率（由30.58Hz 提高至35.86Hz ）。

2理论基础2.1激励频率发动机产生的振动通过传动系统、排气系统和悬置系统传递到转向系统[3]。

发动机怠速时，其激励主要是二阶往复惯性力[4]，与转向系统的一阶模态频率接近，易激发转向系统产生共振，其二阶往复惯性力的激励频率如下：f ＝2n·g ＝n ·g （1）式（1）中，n 为发动机转速，g 为汽缸数，c 为冲程数。

某微车搭载四缸四冲程发动机，怠速转速为750～800rpm ，根据公式（1）得到其怠速频率为25～26.7Hz ，为了尽可能地避免共振，要求转向系统的一阶模态频率不得低于35Hz 。

2.2形貌优化形貌优化是一种形状最佳化的方法，用来设计薄壁结构的强化压痕，不但可实现轻量化设计，又能满足强度及模态频率等要求[5]。

形貌优化步骤简单，只需定义设计区、加强筋的最大高度及拉伸角，同时还可实现多种压痕的优化成型，优化设计的表达式如下：（1）最小化（Minimize ）：f （x ）＝f （x 1，x 2，…，x n ）（2）（2）约束条件（Subject to ）：g i （x ）≤0i ＝1，2，…，m h j （x ）≤0j ＝1，2，…，m jx L k ≤x k ≤x U k k ＝1，2，…，n⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐（3）公式（2）、公式（3）中，x ＝x 1，x 2，…，x n 为设计变量；f （x ）为目标函数；g （x ）为不等式约束函数；h （x ）为等式约束函数。

3有限元模型建立转向系统模态仿真分析模型采用Hyperworks11.0为分析软件，其中Hypermesh 为前处理软件，Nastran 为求解器，Hy-perview 为后处理器，Optistruct 为优化软件。

有限元分析模型中包括方向盘、仪表板、仪表板支架、转向管柱及部分前车体（如图1所示）。

3.1单元类型的选择对于钣金类的零部件，单元必须建立在中性面上，采用一阶四边形壳单元CQUAD4和一阶三角形壳单元CTRIA3划分网格，整体模型的三角形壳单元数量应控制在5%以内。

方向【作者简介】王晓蒙（1984—），女，河北石家庄人，硕士研究生，上汽通用五菱汽车股份有限公司结构分析工程师，工程师；丁晓明（1979—），男，内蒙古赤峰人，硕士研究生，上汽通用五菱汽车股份有限公司结构分析主任工程师，工程师。

某微车转向系统怠速NVH 性能优化王晓蒙，丁晓明（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）【摘要】某量产微车拟配备电动助力转向机构，CAE 分析表明其转向系统一阶模态频率偏低，易出现怠速共振问题。

针对其结构优化空间较小的现状，利用模态分析与形貌优化方法，对转向系统的薄弱区域进行了优化，使一阶模态由30.58Hz 提高至35.86Hz ，避开了发动机怠速共振区，提高了转向系统的NVH 性能。

【关键词】转向系统；模态分析；应变能；形貌优化【中图分类号】U463【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2014）23-0024-03图1转向系统模态分析模型24qiyekejiyufazhan2014年第23期（总第387期）企业科技与发展盘和管柱柱芯采用二阶四面体单元划分。

采用RBE2刚性单元模拟螺栓连接、轴承连接及铆接连接；采用ACM 单元模拟模型中的点焊；用两节点式的RBE2模拟仪表板支架的缝焊连接（见表1）。

3.2网格划分网格划分在CAE 仿真分析中是一个较重要的环节，结合有限元分析理论和CAE 分析经验，转向系统模态计算中，前车体零件的网格尺寸为10mm ，仪表板支架的网格尺寸为5mm ，方向盘的网格尺寸为3mm 。

对于有一些较小几何特征的零部件，如小孔和小的圆角倒角都予以光滑处理。

最终建立的模型中单元数为383398，节点数为337492。

3.3边界条件转向系统模态分析是汽车结构的局部分析，利用整车模型会浪费大量的计算时间，而且局部的分析结果与整车分析结果相差无几。

根据分析经验，本文的分析中截取部分前车体模型，后断面位于前门框A 柱后边缘向后300mm 处，约束截取断面的节点1～6自由度。

4模态分析为了评价转向系统原始结构怠速NVH 性能，对其进行约束模态分析。

为使CAE 分析与实际情况相符，模型中加入前车体，后断面位于前门框A 柱后边缘向后300mm 处，约束截取断面的节点6个自由度（如图2所示）。

通过仿真分析发现，转向系统一阶模态频率为30.58Hz ，低于设计目标值35Hz ，且一阶模态阵型为垂向摆动占优。

图3为一阶模态的应变能云图，由图3可知，仪表板支架处的应变能累积严重，因此仪表板支架是转向系统的薄弱区域，直接导致转向系统一阶模态偏低。

鉴于此，对仪表板支架的固定方式进行改进，根据一阶模态振型，在仪表板支架1和支架2之间增加一个盒形支架，以抑制转向系统垂向摆动（如图4所示）。

在边界条件和网格划分相同的前提下，一阶模态频率由30.58Hz 提高至33.11Hz ，一阶模态频率得到了明显提高，说明该改进方法有效，有利于提高转向系统怠速时的NVH 性能。

5形貌优化增加盒形支架后，转向系统的一阶模态频率提高至33.11Hz ，但尚未达到设计要求，需进一步优化。

由于该车型已量产，在不影响装配的前提下，只允许较小改动。

由于传统的、依据设计者经验的优化方法效率不高且过程较繁琐，往往较难达到设计目标。

此时，形貌优化方法非常适用且简单高效。

现利用形貌优化方法对转向管柱支架、仪表板支架分别进行结构优化。

转向管柱支架的原始模型如图5所示，将用于装配及固定的单元定义为非设计区，其余为设计区，支架总质量为约束条件（增重不高于5%），定义一阶模态频率和总质量为优化响应，以一阶模态频率最大化为优化目标。

加筋宽度为5mm 、高度为5mm 、形式选用planar ，优化结果如图6所示。

根据形貌优化结果，在转向管柱支架上起2条横筋，其改进后的有限元模型如图7所示。

由于原仪表板支架上已起有部分加强筋，需对加筋的区域及形式重新进行优化，故将原加强筋去除，去除加强筋后得有表1连接模拟图2原结构有限元模型图3原结构应变能云图图4改进后的结构图5转向管柱支架原模型图6形貌优化结果图7优化后模型25qiyekejiyufazhan2014年第23期（总第387期）企业科技与发展［2］Akanda A ，Goetchius G M Representation of constrained/uncon-strained layer damping treatments in FEA/SEA vehicle system models ：A simplified approach ［R ］SAE ，1999：1680，1999［3］noise control in automobiles and commercial airplanes ［J ］Journal of Sound and Vibration ，2003，262：457-474［4］马天飞，高刚，王登峰，等基于声固耦合模型的车内低频结构噪声响应分析［J ］机械工程学报，2011，47（15）：76-82［5］Ma Tianfei ，Gao Gang ，Wang Dengfeng ，et alResponse analy-sis of interior structure noise in lower frequency based on struc-ture-acoustic coupling model ［J ］Journal of Mechanical Engineer-ing ，2011，47（15）：76-82［6］吕毅宁，吕振华，赵波，等基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法［J ］振动工程学报，2010，23（6）：620-624［7］Lv Yining ，Lv Zhenhua ，Zhao Bo ，et al An evaluation and opt-imization criteria method for structures with damping treatments based on strain energy analysis ［J ］Journal of Vibration Engineering ，2010，23（6）：620-624［8］郭中泽，陈裕泽，侯强，等阻尼材料布局优化研究［J ］兵工学报，2007，28（5）：638-640［9］GUO Zhongze ，CHEN Yuze ，HOU Qiang ，et alDampingmaterial optimal placement in damping structure design ［J ］Acta Armamentarii ，2007，28（5）：638-640［10］张志飞，倪新帅，徐中明，等利用阻尼材料改善驾驶室声学性能的研究［J ］机械工程学报，2012，48（16）：36-40［11］Zhang Zhifei ，Ni Xinshuai ，Xu Zhuongming ，et al Researchon Improvement of Cab Acoustic Characteristics Using Damping Material ［J ］Journal of Mechanical Engineering ，2012，48（16）：36-40［12］Nefske D J ，Wolf J A ，Howell L JStructural-acoustic finiteelement analysis of the automobile passenger compartment ［J ］Journal of Sound and Vibration ，1982，80（2）：247-266［13］Han X ，Guo Y J ，Yu H DInterior sound field refinement ofa passenger car using modified panel acoustic contribution analysis ［J ］International Journal of Automotive Technology ，2009，10（1）：79-85［14］Johnson C D ，Kienholz D A Finite element prediction of dam-ping in structures with constrained viscoelastic layers ［J ］AIAA Journal ，1982，20（9）：1284-1290［责任编辑：蒙薇］限元模型如图8所示。

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汽车驱动桥NVH性能分析与优化

汽车驱动桥NVH性能分析与优化

汽车驱动桥NVH性能分析与优化摘要：为实现汽车驱动桥NVH性能的分析与优化，本文中建立了驱动桥NVH性能分析与优化流程及方法，对分析过程中所应用的有限元、振动响应、声学仿真和拓扑优化等方法进行了综合研究，恰当地选取了分析方法、计算方法、分析软件。

然后，以某车在60～65km/h加速行驶工况出现噪声大的问题为例进行分析与优化。

最后，对优化后驱动桥进行整车NVH测试，验证了所建立的分析流程及方法的有效性。

关键词: 汽车驱动桥；有限元分析；振动响应；声学仿真分析；NVH测试前言(3)后驱动桥是汽车底盘传动系统的重要组成部分，同时也是主要噪声源之一，它的NVH性能对整车NVH性能有直接影响。

学者对后驱动桥NVH性能的分析与优化开展了大量研究。

虽然研究对汽车驱动桥NVH性能分析与优化做了很多工作，取得许多成果，但仍然存在一些不足。

1 驱动桥 NVH 性能系统分析流程模态分析对后驱动桥进行模态分析，目的是得到各阶模态频率，来确认其是否与其他激励源产生共振。

前期研究结果表明，后桥噪声主要是主减速器齿轮啮合冲击通过轴承传至后桥壳产生振动引起的辐射噪声，差速器在普通工况下一般不起作用，本文中主要是对后桥壳进行模态分析。

1.1 有限元建模采用 UG 软件系统建模，网格划分过程中，主减速器壳选取四面体单元划分，单元质量主要控制参数如表1所示，最后给各个部件赋相应的厚度和材料属性，如表2所示。

将模型导入ansys workbench软件，得到有限元模型。

2 振动响应分析振动响应分析的目的是确定响应较大部位，以实现后续精准优化。

频率响应分析是指结构对某载荷(可以是冲击载荷，也可能是一频率在一定范围内的载荷)的响应。

根据驱动桥噪声机理，以及驱动桥NVH性能分析需要，在进行频率响应分析前，需要先计算其轴承的载荷。

使用模态分析结果，计算桥壳振动响应，求解已知1～2000 Hz频段的所有结果。

将频率范围设成1～2000Hz。

选择模态叠加法来进行分析，ANSYS workbench求解，得到结果。

nvh效率优化算法

nvh效率优化算法

nvh效率优化算法NVH（Noise、Vibration、Harshness）效率优化算法主要针对汽车工程中的噪音、振动和粗糙度问题进行优化。

为了提高NVH性能，研究人员提出了许多算法和方法，以下是一些常见的NVH效率优化算法：1. 主动噪声控制（Active Noise Control，ANC）：主动噪声控制是通过计算目标噪声源的逆傅里叶变换，生成一个与目标噪声相位相反的声波，从而实现噪声消除。

主动噪声控制方法包括前馈控制、反馈控制和自适应控制等。

2. 主动振动控制（Active Vibration Control，AVC）：主动振动控制是通过实时测量系统的振动响应，计算出振动控制信号，然后通过执行器对振动进行抑制。

主动振动控制方法包括频域控制、时域控制和模型预测控制等。

3. 结构优化算法（Structural Optimization，SO）：结构优化算法是通过调整结构参数，使系统的振动特性得到改善。

常见的结构优化方法有有限元优化、遗传算法、粒子群优化等。

4. 声学优化算法（Acoustic Optimization，AO）：声学优化算法主要针对汽车内部和外部的声学环境进行优化。

常见的声学优化方法有边界元法、有限元法、统计能量分析法等。

5. 灵敏度分析法（Sensitivity Analysis，SA）：灵敏度分析法是通过计算各设计变量对目标函数的贡献程度，找出对NVH性能影响较大的设计变量，从而指导设计改进。

6. 神经网络优化算法（Neural Network Optimization，NNO）：神经网络优化算法通过训练神经网络模型，实现对NVH性能的预测和优化。

常见的神经网络模型有feedforward 神经网络、recurrent 神经网络等。

7. 模糊逻辑优化算法（Fuzzy Logic Optimization，FLO）：模糊逻辑优化算法是基于模糊规则进行推理，从而实现对NVH性能的优化。

汽车转向系统运动学性能优化研究

汽车转向系统运动学性能优化研究

汽车转向系统运动学性能优化研究1. 引言汽车作为现代交通工具的代表之一，在我们的生活中扮演着重要的角色。

而汽车的转向系统作为汽车的重要组成部分之一，对于汽车的操纵和操控起着关键作用。

因此，对汽车转向系统的运动学性能进行优化研究，具有重要的意义。

2. 转向系统的运动学性能分析转向系统的运动学性能指的是车辆在转向时的姿态、稳定性和操纵性等方面的性能指标。

而这些性能指标直接影响了车辆的行驶舒适性和安全性。

因此，对转向系统的运动学性能进行分析，是进行优化研究的基础。

2.1 车辆的姿态分析车辆在转向时会发生侧倾和滚动等姿态变化，这些变化会对车辆的稳定性产生影响。

因此，在优化转向系统的运动学性能时，需要对车辆的姿态进行分析，寻找合适的调整策略，以提高车辆的稳定性。

2.2 车辆操纵性分析车辆的操纵性指的是车辆在转向过程中的反应速度和灵敏度等方面的指标。

而操纵性的好坏直接影响了驾驶员对车辆的掌控能力。

因此，在进行转向系统的运动学性能优化时，需要注重车辆的操纵性分析，以达到最佳的操纵效果。

3. 汽车转向系统的优化方法为了提高汽车转向系统的运动学性能，可以采取以下优化方法:3.1 转向系统的参数设计优化转向系统的参数设计对于其运动学性能有着重要影响。

通过对转向系统的参数进行设计优化，可以改善车辆的操纵性和稳定性。

例如，调整转向系统的转向比例和传动比，可以使得车辆在转向时更加敏感和平顺。

3.2 转向系统的控制策略优化转向系统的控制策略是影响其运动学性能的另一个关键因素。

通过优化转向系统的控制策略，可以提升车辆的操纵性和稳定性。

例如，采用主动转向系统来增加车辆的转向力度和稳定性，或者采用电子稳定控制系统来提高车辆在转向时的安全性。

3.3 转向系统的材料和结构优化转向系统的材料和结构对于其运动学性能也具有重要影响。

通过优化转向系统的材料和结构，可以减轻系统的质量和惯性，提高转向系统的响应速度和灵敏度。

例如，采用轻量化材料和结构设计，可以降低转向系统的质量，从而提高车辆的操纵性和燃油经济性。

车载测试中的车辆转向系统性能测试与优化

车载测试中的车辆转向系统性能测试与优化

车载测试中的车辆转向系统性能测试与优化在车载测试中，车辆转向系统的性能测试和优化是至关重要的。

车辆转向系统的性能直接关系到驾驶安全和操控舒适性。

本文将讨论车辆转向系统性能测试的方法和优化策略。

一、车辆转向系统性能测试方法（1）总体测试流程车辆转向系统性能测试的总体流程包括测试准备、测试执行、数据分析和结果评估等步骤。

在测试准备中，需要确定测试方案、制定测试指标和准备测试设备。

在测试执行中，通过各种测试方法对转向系统进行全面的性能评估，包括转向力矩测试、转向响应时间测试、转向精度测试等。

数据分析阶段会对测试数据进行处理和分析，得出性能指标。

结果评估阶段将根据性能指标评估车辆转向系统的优劣。

（2）转向力矩测试转向力矩测试是车辆转向系统性能测试的重要内容之一。

通过测量在不同速度和转角下的转向力矩大小，可以评估转向系统在不同工况下的操控性能。

测试中需要使用专业的力矩传感器和数据采集设备，将测试数据进行记录和分析。

（3）转向响应时间测试转向响应时间是指转向系统从接收到驾驶员操作指令到车辆开始转向的时间间隔。

较短的转向响应时间能够提高车辆的操控响应性和驾驶者的驾驶体验。

测试中可以通过模拟驾驶员操作信号，记录转向系统响应的时间，并进行数据分析和评估。

（4）转向精度测试转向精度是指车辆转向系统实际转向角度与驾驶员操作指令之间的误差。

转向精度测试需要使用高精度角度传感器来测量转向系统的实际转向角度，并与驾驶员的操作指令进行对比和评估。

二、车辆转向系统性能优化策略（1）优化转向系统的传动机构传动机构对于转向系统的性能具有重要影响。

优化传动机构的设计和材料选择可以减小传动损失、提高转向系统的敏感性和稳定性。

例如，采用更好的轴承和齿轮材料，优化传动比等都可以改善转向系统的性能。

（2）提高转向系统的控制算法转向系统的控制算法决定了其对于驾驶员操作指令的响应速度和精度。

优化转向系统的控制算法，可以缩短转向响应时间，提高转向精度。