整车性能分析是保证整车开发过程的指挥棒,通过性能分析确定最终整车的市场定位和竞争力。整车的最终性能是否满足开发要求(用户要求),取决于整车性能开发过程中性能分析是否充分合理,分析验证是否完全,以及过程控制是否落实。整车NVH性能已成为继可靠性和经济性之后汽车的主要性能之一。福田汽车将NVH性能开发贯穿于整个开发过程中,在概念设计时即以面向用户的NVH性能参数作为设计目标。
北汽福田汽车股份有限公司(以下简称“福田汽车”)自1996年成立以来,经过16年的不断发展壮大,目前其旗下产品覆盖了轻型货车、重型货车和客车等商用车全系列,各项产品的性能水平也在不断地提升。为了适应国内外汽车市场日益激烈的竞争形势,以故障诊断为主的后期性能改进已经不能满足需要,而且其费时费力,因此,整车性能的正向开发势在必行。
整车性能分析的重要性
自2008年起,福田汽车工程研究总院启动了流程再造工程,由传统的结构设计转向性能设计,逐步推进整车项目正向开发模式,在产品开发初期就对产品的主要性能进行相关的计算分析和试验研究,在设计工程阶段给整车设计部门提出相应的设计指标和要求,指导整车正向开发,同时保证开发过程各阶段的指标满足设定目标,福田汽车工程研究总院整车性能分析中心就是在此背景下应运而生的。
整车性能分析中心的主要职能是完成整车性能指标的制定及指标分解、整车性能目标的验证(包括虚拟验证和测试验证)、材料性能测试分析和新材料研究与应用及竞标分析等。目前,整车性能分析中心可开展的主要研究包括NVH性能、碰撞安全性能、可靠耐久性能、操稳平顺性能、CFD性能、材料技术指标测量和整车系统结构参数测试分析。
近年来,通过不断地摸索,整车性能分析中心已经初步具备了以上几大块性能的主要CAE分析和试验验证能力,结合整车开发流程,形成了各项性能的正向开发流程和交付物体系,指导了福田汽车多款新开发车型的正向设计。在样车试制试验阶段,通过实物验证基本符合设计技术指标要求,未出现重大的产品性能问题,并有效缩短了产品的开发周期,保证了开发质量,这与前期的性能分析指导是分不开的。
整车性能分析是保证整车开发过程的指挥棒,通过性能分析确定最终整车的市场定位和竞争力。整车最终性能是否满足开发要求(用户要求),取决于整车性能开发过程中性能分析是否充分合理,分析验证是否完全,过程控制是否落实。
从测试角度而言,整车性能分析主要应包括:从用户角度考虑,整车与用户使用相关的性能指标(如可靠性、经济性、舒适性、安全性、操控稳定性和平顺性),与环保相关的性能(排气污染物、噪声和可回收性);从开发过程考虑,由于汽车市场的竞争需要,产品的开发周期在不断缩短,因此,对汽车企业而言CAE性能验证就显得尤为重要。为保证虚拟结果能够更加有效地指导设计开发过程,需要大量有关虚拟验证所要求的建立模型必需的材料的各项性能参数指标,这就要求对各种金属及非金属材料性能进行测试分析,同时需要部件总成的物理性能参数(如刚度、模态参数、质心位置和转动惯量等)。
整车NVH性能测试
整车NVH性能已成为继可靠性和经济性之后汽车的主要性能之一。汽车NVH性能对用户来说是在进行购置车辆时惟一能够直接感受到的汽车性能参数,其性能优劣直接影响到消费者的购买愿望,因此所有汽车生产企业越来越重视整车NVH性能,并投入了大量试验检测仪器设备。
作为国内最大的商用汽车生产企业,福田汽车是最早将商用汽车NVH设计引入设计开发过程的汽车企业之一。福田汽车建立了完善的NVH开发与测试技术规范,具备较为齐全的NVH测试分析系统、试验设备和工程技术人员,拥有一支包括海外专家在内的NVH专家团队。
福田汽车将NVH性能开发贯穿于整个开发过程中,在概念设计时即以面向用户的NVH性能参数作为设计目标。在工程设计阶段严格控制设计参数,经过多轮CAE验证,在供应商的选择上,必须通过集团的供应商体系资格认证及综合性能检测后才能用于整车,在试验验证阶段,进行测试分析并按设计目标进行调校。试验检测工况采用比用户常用工况更为恶劣的运行状态,这样所检测到的NVH技术参数可以完全代表用户使用过程的状态。在整车开发过程中,试验验证中发现问题并进行调校与整改。试验检测包括主观和客观评价体系,主观评价包括了模拟用户的17种驾驶习惯,不同地区的道路以及为保证超过用户需求的极限工况。设计样车主观评价得分达到6分以上才能提交生产。
由于环保要求的提高,汽车噪声限值在逐步降低,因此,在设计初期就要求考虑噪声性能。首先,必须进行深入的市场调研,确定符合市场竞争能力的噪声目标值,利用CAE技术对整车噪声水平进行模拟分析,初步确定有效的降噪技术措施。进一步地,需要对噪声目标分解到整车各系统总成,通过控制系统总成的噪声水平来达到整车噪声的降低。在工程设计阶段,需要控制车身、悬架和转向等机械结构的刚度与模态参数分布,同时充分利用吸隔音及阻尼材料,在保证轻量化的前提下达到较高的振动噪声水平。
发动机综合性能检测
对于非电控发动机来说,发动机的检测可以依靠师傅个人的经验,通过“听、看、闻、摸”来判断其运行状态,但对于电控型发动机来讲,由于增加了电控系统等控制元件,检测起来要比非电控发动机复杂得多,出现故障的类型也多,单纯依靠师傅的经验已难以胜任。而对于整车数据来讲,由于整车的功能日益强大,自动化程度大大提高,必须要做到简单问题以经验做出基本判断,检测设备详细检查做出明确判断,以提高检测效率。
由于综合检测系统投资较大,使用维护费用较高,对使用人员的要求也很高,因此,对于主机厂来说,一般更青睐于单项检测。但由于单项检测难以全面描述整车的技术状态,因此有时仍需要应用复杂检测。为兼顾单项检测的方便性和综合检测的全面性,一般在整车厂汽车出厂检测时应用单项检测,质量控制及故障诊断应用综合检测。
汽车检测设备不会存在其他电子产品“功能多而不专”的现象。这是因为随着电子技术的发展,发动机综合性能检测装置的检测项目越来越多,与单项检测相比较,更多的检测项目意味着可以通过对各系统数据的分析,更加准确地确定发动机的工作状态与故障原因。汽车产品作为最为复杂的机械产品,其涉及机械、电子、动力学、运动学、热管理和化学(排放)等各个学科,其故障呈现多样性、复杂性,故障通常为一因多果、多因一果或多因多果,因此,单项测试难以快速准确地确定故障的原因与位置,必须依靠多功能综合检测系统。
近年来,随着计算机技术水平的提高,发动机噪声检测正朝着快速、准确的方向发展,由过去的噪声级测试分析,向噪声品质与声源定位发展。形成声强分析和声列阵等用于进行发动机噪声源定位的新技术,为设计出低噪声的发动机提供了测试手段。
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