黎谦 顾晓丹 常光宝 李书阳 余义

【关键词】异响;相对位移;SnRD;E-line;模态贡献量

【中图分类号】U472 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0051-04

近年来，随着各主机厂正向开发能力的提升，国产汽车的NVH性能有了很大的改善。针对由动力总成和路面引起的NVH问题，目前有了成熟的解决方案。对于车内的主要NVH问题，已经从发动机、道路噪声逐渐过渡为异响（如图1所示）。异响是指一切让驾驶员或者乘客感觉不舒服的异常的声音。从表现形式上，主要分为敲击异响、摩擦异响两大类。异响产生的原因复杂，涉及的专业非常多。对于异响问题，之前更多的是通过DMU检查及样车调校预防和解决。仿真方面，关于异响的分析主要包括模态、刚度、振动灵敏度三大类。这些分析可以在一定程度上降低异响发生的风险，但是不能在开发前期预测车辆的异响性能状况，并提供针对性的解决方案。因此，异响开发流程中迫切需要补充一种更加直接有效的仿真方案。

1 E-line方法和SnRD

无论是敲击异响还是摩擦异响，其产生都有一个必要条件——部件之间发生相对位移（如图2所示）。E-line方法正是基于这一原理，两个有相互接触风险的部件，都可以作为异响的考察对象。E-line方法会在两个部件之间生成一系列节点对（Evaluation point），每个节点对由一组“rbe3-cbush-rbe3”单元组成（如图3所示）。通过输出cbush单元端点在局部坐标系下的位移获取该位置在车辆行驶过程中的相对位移。最终，通过仿真相对位移与“设计间隙/容差”或者“材料相容性参数”的比较，预测敲击异响和摩擦异响的风险 [1]。

SnRD（Squeak and Rattle Director），是一个基于E-line方法，结合工程实践的异响仿真解决方案。该技术方案在国外有超过10年的成功经验，使用者包括Calsonic Kansei North America，FCA，PSA，SCANIA CV AB等。完整的SnRD技术路线包括内饰建模、载荷提取、E-line创建、风险评估、设计优化5个关键技术环节。与传统的以模态刚度为主的异响仿真分析相比，采用SnRD技术路线可以为异响性能正向开发提供更廣阔的思路：①准确定位有异响风险的具体区域;②区分不同路面、不同车速下的异响性能;③指导设计调整零部件之间的间隙、容差;④指导材料选型。

2 内饰建模及E-line创建

在SnRD技术路线的内饰建模中，考虑了卡扣刚度和预紧力的影响。不同的卡扣类型，其卡接刚度是不一样的。不同的卡接刚度必然对应不同的异响性能。传统的仿真分析中，不同卡扣的建模方式通常是相同的且没有考虑卡扣的实际定位方向及刚度。这种建模方式可能对低阶模态频率的影响较小，但是不足以支撑包含中高阶模态贡献的SnRD分析。在SnRD内饰建模中，卡扣的连接用rbe2-cbush-rbe2模拟，卡扣连接刚度体现在cbush单元的刚度属性上。根据卡扣实际定位方向，建立局部坐标系，不同方向附以不同的刚度值（如图4所示）。

SnRD内饰建模中，对预紧力也做了模拟（如图5所示）。对预紧力的模拟，一方面提高了模型的准确性，另一方面可以分析摩擦异响的风险。

E-line创建可以通过SnRD前处理工具实现。理论上，任何需要关注异响现象的位置都可以创建E-line。实际上，主要是通过设计提供的DTS（Dimensional Technical Specification）文件（见表1）定位E-line创建位置。除此之外，同平台车型之前出现过异响问题的区域也是需要重点关注的对象。

3 载荷提取

SnRD分析的载荷有多种来源，可以满足不同公司在不同开发阶段的分析需求。

3.1 虚拟路谱结合模态轮胎的激励方式

这种加载方式适用于有较强整车仿真分析能力的主机厂。仿真分析可以最早介入异响开发流程，在设计数据大规模冻结之前提供有效的优化方案和预防措施。载荷来源不依赖于样车，可以很方便地分析不同路面、不同车速下的异响性能。

3.2 减震器强迫位移激励

本文采用的加载方式适用于大多数主机厂，首先将样车以一定的车速驶过相应的异响路面，用加速度传感器记录4个减震器位置的加速度激励。然后将加速度信号通过积分及滤波转换成位移信号，作为最终加载在TB模型减震器安装点的激励数据（如图6所示）。

这种激励方式的缺点是载荷依赖于样车且只能模拟有限路面及车速下的异响问题，它的优点是载荷的准确度高，避开了轮胎及底盘模型带来的仿真误差。

3.3 内饰安装点标准载荷激励

这种加载方式适合于内饰供应商。对于内饰装配在车身上的安装点，可以根据统计经验生成一个标准载荷谱。内饰供应商在内饰开发的时候，即使没有车身数据，也可以用此载荷模拟内饰系统本身的异响性能。

4 异响分析及风险评估

SnRD采用模态时域分析方法，输出结果为bush端节点局部坐标系下的绝对位移。通过软件自动化处理，即可得到每个节点对所在位置两个部件之间的相对位移。

敲击异响和摩擦异响采用不同的评价方法。对于敲击异响，用节点对在分析时间范围内的“最大相对位移”与该区域的间隙进行比较，进而判断其风险。需要注意的是，这里的“最大相对位移”并非时域曲线的最大值，而是将相对位移从大到小进行排序，取前百分比的数据进行平均。这种做法在工程上被证明是行之有效的 [2]。尺寸公差设计的时候会有容差的影响。因此，某区域的实际间隙总体上呈“均值为设计间隙，标准差为设计容差”的正态分布。最终，敲击异响的风险会用正态分布下的累积分布函数表示，是一个介于0～100%的百分比数，称之为风险率（如图7所示）。

对于摩擦异响，需要用到“材料相容性参数”进行评估。不同材料之间发生摩擦时，出现異响的情况是不一样的。这种情况可以通过测试其相容性参数来描述。比如，对于某两种材料，它们之间发生一次黏滑现象（一次黏滑现象对应一次摩擦音）需要的最小位移是0.5 mm。在分析工况下，如果部件之间的相对位移大于0.5 mm，那么说明有发生摩擦异响的风险;反之则无风险。

本文以仪表板的敲击异响结果为例。在同平台车型中，显示屏附近区域出现过敲击异响的情况。因此，在新项目正向开发过程中，对该区域进行了重点考查。分析结果显示，显示屏附近区域有非常高的发生敲击异响的风险，与之前实际经验吻合。如图8所示，画圈所示为相对位移较大区域，即发生敲击异响风险率大的区域。表2为该区域下不同具体位置具体的风险率数值。

5 诊断优化及实车验证

对于异响问题区域进行诊断，主要的诊断方法为相对模态贡献量分析。模态时域分析采用了模态叠加法，因此对于某个响应可以得到最大贡献的模态。

上式中，u（t）表示时域下的位移;N表示模态阶数;mi表示第i阶模态下的模态位移;φi表示第i阶模态的参与因子。

模态贡献量结果可以通过软件自动获取。如图9所示，图9（a）为进行模态贡献量分析的E-line（风险位置）;图9（b）为该E-line里各节点对的相对位移情况;图9（c）为模态贡献量结果柱状图，按照各阶模态对总响应的贡献从大到小进行排列;图9（d）为最大贡献模态的模态振型。通过模态贡献量分析可以知道，该区域敲击异响风险率高的原因在于显示屏的振动模态较低且振幅较大。

根据诊断结果，提出了以下3个优化措施：？譹？訛将显示屏安装支架的材料由PC+ABS替换成PP-GF25（如图10所示）。？譺？訛中间装饰板上增加一个卡子，与仪表板安装支架卡接（如图11所示）。？譻？訛封窗组件连接部分加强（如图12所示）。

采用以上3个优化措施后，该位置的敲击异响风险率明显降低（见表3）。在后期实车主观评价过程中，未发现该区域的敲击异响问题。

6 结语

本文介绍了一种全新的用于异响性能开发的仿真解决方案。该方案着眼于产生异响的直接原因——部件之间发生相对位移，依托国外丰富的工程实践经验，结合仿真软件的高度自动化，为异响工程师在项目前期预测异响风险、规避异响问题提供强有力的帮助。通过该方法，从仿真出发解决了平台车型存在的敲击异响问题，提升了车辆的NVH性能及产品竞争力。

参 考 文 献

[1]Jens W，Ismail B.Squeak & Rattle Simulation-A Success Enabler in the Development of the New Saab 9-5 Cockpit without Prototype Hardware[J].Sae International Journal of Passenger Cars Mechanical Systems，2010，3（1）：936-947.

[2]Jens W，Ismail B.Squeak & Rattle Correlation in Time Domain using the SAR-LINE Method[J].SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems，2012，5（3）：1124-1132.