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LMS仿真与试验解决方案
LMS仿真与试验解决方案 (编号 1107) (高级会员) http://www.siemens.com.cn/plm/lms
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HEV&EV平台的开发
作者:LMS
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FutureSteelVehicle(FSV)项目得益于早期NVH控制

FSV项目主要展现先进钢铁材料技术在车身设计中的潜力。

WorldAutoSteel所面临的一个挑战是,设计一款轻质量的概念电动车,白车身质量控制在190Kg以下,并保持与当今汽车相当的功能特性。

在WorldAutoSteel的要求下,LMS提供了能在概念设计阶段进行噪声、振动和平顺性(NVH)仿真分析的专家级解决方案,即一种全面的汽车和车身概念设计所需的多属性解决方案。这包括前期的NVH载荷工程,该工程主要用以验证车身轻量化的概念设计是否可以满足汽车多功能需求的要求,虽然车身质量降低了,但是汽车的被动安全、舒适性以及噪声等均满足现代汽车设计要求。

newmaker.com

实现轻质量与保持良好的NVH性能,是一个矛盾的目标。对于碰撞分析,解决上述矛盾问题的措施是广泛使用高强度钢(HSS)和先进高强度钢(AHSS),这样才能在降低板材厚度的条件下仍能保证FSV具有良好的碰撞安全性能,在NVH领域,采用厚度较薄的材料对整车的NVH性能通常具有负面影响。因此,目前面临的挑战就是:提出一种巧妙的车身设计方案,找到轻质量与可接受NVH性能之间的平衡点。

LMS工程服务团队与项目团队紧密合作,开展了针对FSV项目的NVH仿真研究,致力于碰撞安全性和刚度领域的研究。从全局考虑,在设计的早期便对车辆进行前载NVH研究,在不影响车身开发进度的前提下,对车身进行轻量化设计。总体来说,与WorldAutoSteel的基础平台相比,质量下降了35%,这显示了选材技术是一个好的方向,可以满足绿色车辆领域严格的车身质量目标要求,同时,在车辆概念设计的早期阶段前载NVH研究有益于轻量化车身的研发。

目标设定

相比内燃机(ICE)汽车,电动汽车被认为是更加安静的汽车,其产生的噪声远远低于安装内燃机的汽车,安装内燃机的汽车在运行过程中产生的噪声频率远远超出汽车的频率范围。即便如此,对于FSV车身概念设计来说,仍需在精细化设计前期就对噪声进行优化,消除其对车身的影响,因此,需设置声学性能目标。最终,LMS通过一个著名的OEM制造商采用同一个车身分别搭载ICE和EV动力总成,搭建了一个小型汽车的基础平台(属于A/B类小型EV或者ICE)。

该车与之前提到的FSV属同类汽车。实施的比对测试主要为了强调ICE与EV变量对声学性能的不同影响,以及FSV概念设计目标。

物理测试及分析显示,在相同的功率下,电机驱动车辆的噪声远远小于搭载发动机车辆的噪声。同时,报告还强调指出,在EV车辆高频范围有一个突出的纯音峰值,这与电动机的极对数有关系(以下简称NP),当处于4xNP阶时,它给出了一个不愉快的听觉感受。在FSV车身概念设计过程中,减小这个突出峰值,是该项目需要克服的一个障碍,因为相对标定目标的 A/B类小型EV来说,它会提供一个更好的整体NVH性能。

结果表明,通过巧妙的设计可以显著降低车身质量,原因是EV汽车的低噪声驱动系统,它可在1KHz频率范围内,很轻松的实现NVH指标超过目标值。例如,在不损害整车NVH目标的前提下,可以提高电动机悬置与乘客舱之间的车身噪声传递函数(BNTF)的上限值。

设计修正

BNTF的低频设计目标为60分贝,对于电动汽车来说,这考虑了一个相对轻松、相对安静的目标值。结果表明,虽然FSV相对这个目标值来说只有几分贝,但是,总体上它的噪声水平仍然较A/B类ICE汽车的目标小10分贝。

在中频段,最初认为车身面板的振动是影响NVH性能改进的最直接因素。然而,该项目表明:改进传递路􀀀振动(例如:电动机悬置点与散热板之间)比改进车身面板更加有效,因其更接近噪声源。例如,防止前车架纵架或者前围上盖板的振动传递被证明是最有效的。降低面板1.4公斤的重量,增加150g前围上盖板的质量,A柱连接件的强度将会提高两倍,这证明优化传递路􀀀比单纯的优化散热板的结构更加有效。

此外,在中频段,在特定区域应用振动阻尼钢(VDS)被证明是最有效的解决方案,与传统的阻尼相比,使用该钢材可以实现轻量化,同时其NVH特性也不会下降。与橡胶材料相比,振动阻尼钢(VDS)具有更广阔的轻量化应用前景。它包含两层钢板,中间是聚合物材料,有40微米厚(每一层的尺寸顺序可以改变,以适应特定的应用)。得益于其轻质量,以及足够的损耗因子,在车身设计中,该材料可有不同的应用场合,FSV项目证明了将VDS应用于前围板的设计是最有效的。在不增加重量的前提下,降低了传递噪声。

无论是现在还是未来,由电动机产生的高频纯音噪声对于汽车制造商来说都是需要面对的一个问题。就其性质而言,可以很容易地用吸音材料解决,但是,会增加整车的质量。在FSV项目上,LMS工程师使用音调噪声比(TTNR)和突出率(PR)对噪声问题进行分析和量化。这些声音质量评价数据越来越广泛的被应用于电动汽车的设计开发中,因为它可以让工程师关注于声音品质的细节问题。据统计,降低3DB的突出频率可能仅仅增加1kg的重量,对于达到轻质量和良好NVH性能的平衡,这已经做的相当好了。

结论

在概念设计开始阶段,EV白车身的设计目标是190kg,然而,到概念设计的最终阶段,结果却超越了这个目标,即共降重14.6kg。事实证明,通过识别和分析特定区域是否超出目标值以及是否可以轻量化,NVH性能分析和优化对车身概念设计以及轻量化设计有积极的贡献。LMS工程师与设计团队共同努力,在整个研发阶段,使用LMS Virtual.Lab软件来模拟。

在Benchmark比对分析的过程中发现,FSV项目结果超越了目标值,而且在此基础上发现,由于使用了VDS材料,继而不需要粘结阻尼便可降低电机噪声,这样又减重3.6公斤。在概念设计阶段,由于采用VDS材料,白车身共减重14.6公斤。振动阻尼钢材(VDS)可能将成为NVH工程师的新宠,在未来几年内可作为绿色环保概念车设计领域技术改进的手段。

此次工作的成就:概念设计是为样机和验证活动而准备的。这将在整车开发周期中提供足够的信息来验证分析的有效性。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2013-12-20)
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