成就客户
Simcenter Testlab在长城汽车方向盘振动问题研究中的应用
故事摘要
业务诉求
随着汽车技术的飞速发展，顾客对于汽车品质的要求越来越高，汽车在怠速工况下的噪声振动水平，越来越受到整车厂商的重视。方向盘是驾驶员能够直接触摸到的汽车零部件，其振动水平对于汽车舒适性至关重要。
解决方案
一般怠速开空调工况，方向盘振动大原因有两种:1、各激励源激励大，方向盘受迫振动;2、方向盘模态频率与发动机激励频率耦台，引起共振。针对某轿车急速开空调方向盘振动大问题进行排查，利用SimcenterTestlab软件对方向盘进行模态测试及分析确定问题产生的原因后，最终提出了解决该问题的有效方案。
实施效果：
利用Simcenter Testlab software进行怠速开空调工况方向盘振动及模态测试，根据测试结果，确定方向盘振动过大问题是由转向系统模态与发动机二阶激励耦合，引起方向盘共振所导致的。实施改进方案后，方向盘振动值由之前的1.37 m/s%，改进为0.45 m/s’，方向盘振动有效降低67%。
企业背景介绍
为成为世界公认的豪华SUV品牌，长城汽车股份有限公司在庞大的技术研发中心投巨资，聘请了超过10000位专业人员对汽车品质的持续提高进行研究。长城汽车将NVH和声学品质作为一个不可或缺的性能要求贯穿于整个汽车的开发周期。
企业亟待解决的业务问题
怠速时，方向盘抖动会给驾驶员带来较大麻烦尤其是在城市道路行车时经常遇到红绿灯，需要经常地停车、开车，使得驾驶员的手臂有麻木感，影响驾驶员的驾驶心情和情绪。汽车在怠速时，其最大的激励源就是发动机的振动。引起方向盘抖动的原因，主要为动力总成的振动传递到车架及车身上。
图1所示，为利用Simcenter Testlab软件，将三向加速度传感器布置在方向盘12点方向，测试得到的方向盘振动数据，方向盘振动值为 1.37m/s’。试验过程中启动发动机，待水温正常后开启空调压缩机。该车主客观评价都显示，怠速开空调工况方向盘振动大，严重影影响该车舒适性及整车品质。
图1 意速开空调方向盘振动测试
企业应用实践与探索
企业与西门子工业软件的合作历程:
Simcenter解决方案在整车开发周期中最重要的性能指标优化流程中作用显著，在用户间的协同部署以及和已有工作无缝集成等环节贡献突出。Siemens技术支持团队和长城汽车的工程师之间的完美合作让一切研发工作变得简单而顺畅。“专家提供一流的技术支持与培训””，刘二宝说，“他们组织学习活动，提供详尽的资料，而且还组织超过千名专业人员相互交流的公共论坛。我们之间有多年的良好合作关系，在中国汽车行业，Siemens的NVH专家以及他们的 Simcenter产品具有良好的声誉。”据刘二宝说，这种专业水准是长城汽车选择Simcenter解决方案以及不断扩大使用的一个重要原因。
解决方案实际应用情况与探索:
针对该车型方向盘振动过大的问题，需对转向系统传递路径需逐一进行排查。由于28Hz峰值明显 (如图1) ，故首先考虑方向盘周边零部件对其影响，重点对方向盘、转向管柱、仪表板加强梁进行排查首先，针对仪表板加强梁进行测试ODS(工作变形)测试，测试工况为意速开空调工况，传感器布点位置如图2所示。在28Hz仪表板加强梁在4点振动较明显ODS振型测试结果如图3所示。
图2 仪表板加强梁传感器位置示意图
图3 仪表板加强梁ODS振型
其次，进行整车上仪表板加强梁模态测试，激励点与方向盘模态测试一致，传感器均匀分布在仪表板加强梁上。整车上仪表板加强梁第一阶模态为28Hz ，振型如图4所示。
图4 整车上仪表板加强梁模态振型
该车型急速开空调工况，发动机转速为840RPM，其二阶激励频率为f28Hz，方向盘模态测试结果第一阶模态也为28Hz，这极易与发动机二阶耦合共振引起方向盘振动过大的问题。
实施成效:
针对上述试验结果，建议以下整改措施
1、增加焊点: 从该车仪表板加强梁零件上看，焊点较稀疏，通过主管梁与车身连接板的焊点，主管梁与转向管柱连接点的加强，达到提升方向盘模态的效果
2、加强主管梁: 通过对主管梁与前围主管梁与地板加支架，提升方向盘模态效果较明显;
3、加支架: 在5点位置，煤接支架连接到地板，加强该点约束，经测试有明显改善:
4、方向盘减重: 方向盘减重使第一阶模态提升不明显，但是能够达到减小方向盘振动的目的;
考虑到开发成本，最终采取的整改方案为增加焊点。改进前后方向盘一阶模态由27.69Hz提升至34.45Hz ，如图5、6所示。实施改进方案后，方向盘振动值由之前的1.37 m/s，改进为0.45 m/s，方向盘振动有效降低67%，如表1所示。
图5 方向盘模态测试
图6 优化前后进气系统总级对比
表1 某轿车优化后意速开空调方向盘振动值
实施企业反馈与点评:
“Simcenter解决方案允许我们做最准确而详细地分析，帮助我们在NVH性能上尽可能取得最好结果“
刘二宝部长
长城汽车技术中心 车身NVH工程部
未来合作展望:
随着新车型开发的逐步进行，可以使用一些实测数据或者是样件的试验数据，这些数据可以被导入到仿真模型中。长城汽车工程师们操作Simcenter SCADAS 硬件和Testlab 软件有丰富的经验。Simcenter试验解决方案是具备快速且全面的综合分析以及完备报告工具的多通道数据采集系统，可用于NVH及声学工程应用。测试结果数据可以无缝集成导入到仿真软件中Simcenter解决方案在整车开发周期中最重要的性能指标优化流程中作用显著，在用户间的协同部署以及和已有工作无缝集成等环节贡献突出。Simcenter技术支持团队和长城汽车的工程师之间的完美合作，将让一切研发工作变得更简单、顺畅。
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