正向设计过程中的分析内容应该能够涵盖零部件、系统和整车，与NVH目标项是对应的。例如，对于悬置支架的模态目标，就要开展悬置支架的模态分析，对分析结果进行评价，如果不满足目标要求，就要想办法加以优化。
1.零部件分析
汽车上的一些零部件是要保证模态和刚度要求的。如动力总成中的曲轴、连杆、活塞、机油泵壳体、气门室罩盖等关键件，底盘系统中的摆臂、转向节，制动系统中的制动盘、制动钳，驱动轴、悬置支架、空气滤清器壳体等。
图4.4.1所示为制动盘模态分析结果。制动盘模态频率高，与制动噪声相关，如果制动盘与制动钳之间因摩擦而产生的激励将制动盘模态激励起来，会产生很高的啸叫噪声。而制动盘模态优化也是解决高频制动啸叫噪声的有效手段。
图4.4.1 制动盘模态
图4.4.2 转向节模态
图4.4.2所示为悬架系统转向节的模态分析结果，它与路面噪声相关。转向节共振时，会将路面激励大幅放大，产生严重的路面噪声。如图4.4.3所示，路面噪声的实验测试结果和仿真分析结果显示，240Hz附近存在噪声峰值。通过传递路径分析，得知这个峰值是由转向节的模态造成的。因此，优化转向节模态可以有效降低该峰值。
图4.4.3 转向节模态与路面噪声
2.系统级分析
（1）白车身
白车身是由地板、侧围、前围板、顶盖等几部分焊接而成。各汽车公司的白车身定义略有不同，有的将固定玻璃，如前、后风窗玻璃（三厢车），刚性连接副车架，前后保险杠都划分在白车身上，实际工作时，要按照规范进行。
白车身阶段可以开展静刚度、模态、动刚度分析。静刚度还包括车身弯曲刚度、扭转刚度、前端横向刚度、底盘及动力总成各安装点静刚度。表4.4.1为白车身上能够进行的分析内容清单。
表4.4.1 白车身分析清单
车身上通常都会粘贴有减振降噪用的阻尼板。阻尼板的粘贴位置可以由等效声辐射功率分析结果来确定，这样可以避免在不需要的地方粘贴了阻尼板，或者在需要的地方却被忽略了。等效声辐射功率分析可以帮助确定最合理的阻尼板设计，既能保证减振降噪的目的，同时还可以保证阻尼板用量最少，满足轻量化要求。
灵敏度分析有助于制定轻量化方案，结果显示有些零件对刚度敏感，有些零件对重量敏感。根据灵敏度分析的结果，可以对车身的板件厚度加以调整，在满足模态和刚度要求的同时，减轻车身重量。甚至还可以进行拓扑优化，对零件的结构形状进行重新设计，在满足性能要求的同时，实现重量最小。
板件的局部模态影响车内噪声，如果发生在座椅安装点、转向系统安排点处，还会影响振动。因此，需要了解车身的局部模态分布情况。特别是一些面积较大的件，如地板、前围板、顶盖、侧围等处，都是容易出现低频局部模态的位置。根据局部模态的分布，可以对这些板件进行局部加强，如起筋、增加加强板和焊点、使用粘胶、粘贴阻尼板等。
车身在设计过程中，经常会有很多性能不达标的现象，如弯曲模态、扭转模态、静刚度等。优化时，要找到问题出现的原因，有很多种方法可以提供快速帮助，如灵敏度分析、模态贡献量分析等。例如，对于扭转模态优化，可以先从接头刚度入手。车身上的A柱、B柱、C柱等处是重要的接头，这些接头刚度在很大程度上影响整车的刚度。
（2）动力总成
动力总成一般是单独开发的，并且先于汽车开发。在汽车开发过程中，只是选择已有动力总成，并与底盘、车身匹配到一起，重点是悬置系统的设计。
动力总成是汽车最重要的激励源，工作过程中会产生振动和噪声，因此，控制动力总成本体的振动和噪声是从源头上控制NVH问题。为了开发出一款性能优良的动力总成，需要开展各项分析工作，如表4.4.2所示。
表4.4.2 动力总成分析项目
1）激励分析。不同类型的动力总成其激励形式是不同的。在没有实机之前，可以通过软件、公式对其激励进行模拟，并用于整车级别的性能预测，如怠速振动、加速噪声等。如图4.4.4所示为常用的四缸直列发动机激励计算公式。激励包括往复惯性质量产生的惯性力、往复惯性质量产生的力矩和缸内气体爆发产生的力矩。式中的D为气缸直径，m为往复惯性质量，包括活塞组、连杆小头质量，l为连杆长度，r为曲拐半径，ω为曲轴转角。
图4.4.4 四缸发动机激励计算公式
图4.4.5所示为某款四缸发动机往复惯性力及力矩的计算结果。输入参数包括曲柄连杆机构的几何尺寸、重量信息，以及平均有效缸压。将该结果施加到整车模型上，就可以计算发动机激励下的车身振动、车内噪声。
图4.4.5 四缸发动机往复惯性力及力矩计算结果
发动机激励的计算方法还有很多种，如LMS.AMESim、MSC.ADAMS等商业软件也有这种功能。输入发动机缸压、曲柄连杆机构几何参数，就能得到发动机的激励，针对不同类型的发动机，能够得到不同的激励。如怠速工况时的二阶激励、全负荷工况下的激励等。如图4.4.6所示为利用LMS.AMESim软件计算得到的四缸发动机怠速工况时的二阶激励，包括惯性力和力矩。
当然，如果具备条件，最好还是通过实验方法去测试得到发动机的激励，这样得到的数据是最准确的。测试时，可以直接测试发动机的力矩和惯性力，也可以测试各接附点的激励。由于前者操作难度较大，因此，用得较多的是后者。例如，为了得到怠速工况激励，可以测试各悬置的激励。而测试悬置的激励有多种方法，如利用力传感器直接测试，但是这种方法操作性差，对实验设备、实验工程师的要求较高。实际中，是利用动刚度法来间接获得激励。测试时，在悬置的主、被动端粘贴加速度传感器，测试主、被动端的加速度，经过两次积分后，得到悬置主、被动端的相对位移，再测试得到悬置的动刚度，这样就可以得到悬置的传递力。
图4.4.6 四缸发动机怠速二阶激励
如图4.4.7所示为动力总成悬置传递力的测试结果。
图4.4.7 悬置传递力测试结果
除了上述激励以外，发动机中的部件在工作过程中还会产生摩擦和敲击激励，如活塞敲缸力、气门落座激励、正时带啮合激励等。如图4.4.8所示为活塞敲缸激励，它是活塞敲缸噪声的激励源。
图4.4.8 活塞敲缸激励
2）模态。动力总成包括发动机和变速器，发动机和变速器又是由大量的零部件构成的。动力总成本身具有弯曲、扭转模态。变速器本身也有很多模态，最重要的当属壳体的局部模态，它直接影响变速器敲击噪声。发动机中的曲轴、连杆、活塞、气门、飞轮等零部件，在工作过程中会承受很大的激励，这些零部件的模态非常重要。如图4.4.9所示为动力总成的有限元模型，图4.4.10所示为曲轴的模态分析结果。
图4.4.9 动力总成有限元模型
图4.4.10 曲轴模态分析
3）辐射噪声。动力总成在工作过程中会发出辐射噪声，而这也是评价动力总成性能的项目之一。辐射噪声可以按照实验规范测试，也可以在先期利用软件进行模拟计算。如图4.4.11所示为动力总成辐射噪声的计算模型示意图，图4.4.12所示为发动机6000r/min时辐射噪声的计算结果。
图4.4.11 动力总成辐射噪声
图4.4.12 动力总成辐射噪声计算结果
发动机上的一些罩壳类零件，如油底壳、机油泵壳、气门室罩等，在工作过程中也会发出辐射噪声，而这些都是动力总成辐射噪声的组成部分。在测试或者计算过程中，可以对这些局部辐射噪声进行声源定位分析，以快速制定优化方案。
变速器壳体也会发出辐射噪声，其激励源来自于变速器内部的齿轮啮合力。通过对变速器壳体进行局部加强，提高刚度，可以有效控制变速器敲击声。
（3）转向系统
转向系统分析主要包括模态、刚度及传递函数，如表4.4.3所示。
表4.4.3 转向系统分析项目
（续）
整车状态下转向盘的模态至少要达到35Hz以上，这样才能有效地避免出现怠速抖动等问题。为了实现这一目标，需要将总体目标值进行分解，要求每一步都要达到目标值要求。
通常关注的是转向盘的前两阶模态，其实在转向盘第一阶模态之后还存在很多阶模态，而这些模态有可能被发动机的四阶激励激起来，同样会产生转向盘抖动，这一点尤其要注意。
（4）进气系统
进气系统噪声对车外噪声和车内噪声都有较高的贡献量，特别是声品质的影响更大。因此，进气系统的设计既要满足结构、功能需要，还要满足性能要求。
进气系统传递损失是评价进气噪声最重要的指标之一，它对进气系统的布置方案、空气滤清器容积、进气管直径及长度、谐振腔参数等进行综合评价。
空气滤清器属于薄壳类零件，表面平坦、刚度低，存在局部模态，在进气气流的冲击下，很容易产生辐射噪声。因此，空气滤清器壳体要满足模态要求。模态分析能够快速、准确地对设计方案进行验证，如果模态不满足目标要求，则要进行必要的优化。如图4.4.13所示为空气滤清器壳体模态计算结果。
图4.4.13 空气滤清器壳体模态
谐振腔和1/4波长管是解决进气系统噪声的有效手段。对于进气系统设计方案，可以通过多种方法进行性能验证，或者直接通过实验手段测试。如果进气系统中存在异常噪声，那么，设计谐振腔或者1/4波长管是最常用也是最有效的方法。其前提是要有足够的测试或者分析数据支持，通过谐振腔或者1/4波长管参数验算，以决定最佳的尺寸和参数。
（5）排气系统
排气系统与动力总成直接连接，将发动机工作过程中产生的废气排放到空气中去。动力总成的振动激励会直接传递给排气系统，引起排气系统振动，通过排气吊挂向车身传递。排气系统内部高速流动的高温废气，冲击排气管壁，产生摩擦噪声、气动噪声，特别是在排气出口处的噪声，对车外通过噪声的影响更大。
排气系统的振动应该控制在合理的范围内，包括排气管的弯曲及扭转模态、通过排气吊挂向车身传递的激励大小、排气吊挂的隔振率等。应该根据排气系统的NVH目标定义，开展相应的分析和计算，以确保每项指标都满足目标要求。表4.4.4为排气系统在设计过程中需要进行的分析项。
表4.4.4 排气系统NVH分析内容(www.xing528.com)
排气吊挂数量、位置及动刚度设计是影响排气系统振动最主要的参数。通过排气系统模态分布、安装点动刚度、VTF、NTF及隔振率、传递力等综合分析，来最终确定排气吊挂的布置方案及性能参数。
（6）悬架及轮胎系统
悬架及轮胎系统是典型的非线性系统，具有随负载及运动而变化的刚度及阻尼，影响车辆的操纵稳定性、乘坐舒适性和路面噪声。由于非线性系统的分析非常困难，结果具有不确定性，因此，常常将悬架及轮胎系统小位移运动简化为线性系统来分析。
1）模态。模态是悬架及轮胎系统最基本的振动特性，掌握悬架及轮胎系统的模态是NVH设计的关键。
簧下振动系统是由轮胎及悬架的质量和刚度组成的，其模态较低，一般约为13～15Hz（前悬架）、15～17Hz（后悬架）。簧上振动系统是由车身的质量、悬架的刚度及减振器的阻尼构成的，其模态一般约为1～2Hz，即通常所说的偏频。当悬架行程较大时，悬架的刚度变大，此时，簧上模态约为4～8Hz。悬架及轮胎系统的这些低频共振与人体敏感频率接近，振幅较大时会给乘员带来非常不舒适的感觉。
悬架及轮胎系统中还存在高频模态，如减振弹簧、摆臂等零部件。这些部件模态高，有时对路面具有放大作用。
轮胎本身具有多阶模态。首先最典型的是轮胎空腔内部的声腔模态，约为240Hz。轮胎胎壁的模态也较高，对路面激励也具有放大作用。如图4.4.14所示为轮胎模态，图4.4.15所示为悬架及轮胎系统模态对路面激励的影响。曲线上的峰值对应特定的模态。
图4.4.14 轮胎模态
2）激励。汽车在路面上行驶时，路面的激振力传递到轮胎，再经过轮胎内空气和轮辋的耦合系统传递到车轴，形成车轴上的纵向力、垂向力，有时还有力矩。路面对轮胎的激振力来自两个方面，一是路面通过接触面对轮胎不断地局部挤压和释放，产生垂向激振力；另一方面是路面与轮胎橡胶在接触面不断地滚挤和释放，产生纵向激振力。如图4.4.16所示为某车悬架系统传递力计算结果。
图4.4.15 悬架及轮胎系统模态对激励的影响
图4.4.16 悬架系统传递力
悬架及轮胎系统的传递力直接测试有很大的难度，通常是利用测试和计算的混合方法来获得。最常用的方法是逆矩阵法。首先通过测试方法得到车辆在一定的工况（粗糙路面、时速60km/h）下的轮心加速度，然后在台架上测试得到轮心处的原点动刚度，就可以通过逆矩阵方法得到轮心处的激励。也可以通过有限元方法获得轮心处的原点动刚度。
悬架系统激励的另外一种测试方法是动刚度法。在悬架系统与车身的各接附点处粘贴加速度传感器，衬套的主动端和被动端同时测试。将测试得到的加速度经过积分后得到相对位移，再乘以衬套的刚度，就可以得到传递力。该种方法与动力总成悬置传递力的测试方法相同。
（7）车架
车架起到转接作用，一端与车身连接，另一端搭载了动力总成、悬架系统，直接承受动力总成和路面传递而来的激励。车架的隔振性能直接影响整车的NVH性能。车架的NVH相关性能主要是指模态和传递函数。
1）模态。车架最主要的振动特性是模态，包括弹性模态和刚体模态，其中弹性模态只有车架与车身为弹性连接时才有。
货车及大型轿车的车架与车身多数是通过衬套弹性连接的，有些轿车的副车架与车身也是弹性连接。弹性连接的车架或者副车架存在刚体模态，如上下跳动、俯仰、侧倾等。如图4.4.17所示为副车架模态，其中包括刚体模态和弹性模态。图4.4.18所示为某车型的前副车架模态测试结果。
图4.4.17 副车架模态
图4.4.18 副车架模态测试值
副车架的模态分析包括多个工况，如自由状态、约束状态及整车状态。如表4.4.5所示。
表4.4.5 副车架模态分析工况
如图4.4.19所示为副车架简易工况示意图。由于将副车架安装到车身上以后，在100Hz以上范围有很多阶模态，副车架本体的模态识别困难，同时计算时间很长。为了解决这些问题，可以按照图4.4.19所示的方法加以简化。用弹簧来模拟车身安装点的刚度，这样就可以将车身省去，既节省了计算时间，又很容易判断副车架的模态。
图4.4.19 副车架简易工况示意图
2）传递函数。副车架与车身的安装点要求具有一定的动刚度，否则无论副车架本身设计得多强，也无法保证副车架的模态达到目标要求。具体刚度值要根据实际情况确定，最好是在早期就决定下来，主要是指纵梁的截面形状、板厚、加强结构等。这些参数在后期很难更改，常常遇到副车架模态优化时，发现车身安装点刚度低。这时再想提高安装点的刚度就已经非常困难了。
副车架上还有一些其他的安装点，如悬置安装点、摆臂安装点、稳定杆安装点、转向机构安装点等。这些安装点都是受力点，都有相应的评价指标，如动刚度（IPI）、振动传递函数（VTF）、噪声传递函数（NTF）。另外，如果副车架与车身是弹性连接，那么副车架与车身的安装点也同样有上述要求。如图4.4.20所示为后悬置安装点到驾驶人耳边的噪声传递函数对标结果。
图4.4.20 NTF测试值与分析值对标
（8）悬置系统
悬置最主要的NVH性能参数是动力总成模态分布、解耦率、隔振率和传递力。
前面介绍过，不同类型的发动机其激励形式和频率范围是不一样的，因此动力总成的模态分布是不同的。以常用的四缸发动机为例，如果没有特殊的平衡机构，那么它的激励主要包括两部分，一部分是往复惯性质量产生的上下方向惯性力，另外一部分是惯性质量产生的力矩和缸内气体爆发产生的力矩。根据隔振理论，要求四缸发动机的刚体模态分布在6～17Hz范围内。不超过17Hz是为了与发动机怠速激励避开，不低于6Hz是为了避免悬置刚度太低而使得动力总成振幅过大，与周边部件产生撞击与干涉。
解耦率是动力总成六个刚体模态之间的解耦程度，特别是上下跳动（Bounce）模态和侧倾（Roll）模态。这样可以避免模态耦合带来的不确定性因素，在对某阶模态进行调整时，不会影响到其他模态。如表4.4.6所示为某车型动力总成的刚体模态分布及解耦率结果。
表4.4.6 动力总成的刚体模态分布及解耦率
动力总成悬置系统有多条轴，分别为中心轴、惯性主轴和力矩轴。中心轴是指曲轴中心线，惯性主轴通过动力总成重心，由动力总成的重量和转动惯量决定，从理论上讲应该存在六条惯性主轴。而力矩轴则是动力总成受到激励而转动时的中心轴。在动力总成悬置设计时，要参考这些轴线的位置。例如，对于惯性主轴布置方案，一般将左、右悬置布置在惯性主轴上，或者二者的连线与惯性主轴平行，且距离越小越好。如图4.4.21所示为三条中心轴，图4.4.22所示为悬置与惯性主轴的位置关系。
图4.4.21 惯性主轴和力矩轴
图4.4.22 惯性主轴与悬置位置
悬置系统稳健性（Rebust）分析是指某个参数对性能的影响程度。如某个悬置的刚度变化时，系统的模态分布及解耦率变化情况。这项目标具有实际意义，因为悬置多数是用橡胶制成的，制造公差大。如果因悬置刚度变化而引起性能明显恶化，这种情况是不允许出现的。如图4.4.23所示，右图中的Rzz和Rxx模态对刚度变化非常敏感，因此在设计、制造及安装过程中要多加注意。
图4.4.23 稳健性分析
悬置系统的功能之一是隔振，衰减动力总成传递过来的激励，使车身受到的激励尽可能小。隔振率是评价激励衰减程度的指标。理论上讲，要求悬置的隔振率不低于10倍，即动力总成激励经过悬置系统后，幅值应该降低到原来的1/10以下。
悬置的传递力可以通过计算或者测试方法获得。对传递力没有统一的评价指标，但是要尽可能保证悬置系统传递力均衡，避免某个悬置的传递力过大或过小。悬置在不同方向的传递力也是不同的，如左、右主悬置的上下方向为主方向，前、后悬置的前后方向为主方向。一般来讲，主方向的传递力要大些。
3.内饰车身
内饰车身是指在白车身的基础上，增加内、外饰件和功能件，如四门两盖、座椅、转向盘、内饰板、电器附件等，也可以说是整车拆除底盘件以后剩余的部分。
内饰车身模型搭建完成以后，可以用来进行模态、动刚度、传递函数等分析，详细内容如表4.4.7所示。
表4.4.7 内饰车身分析项目
（续）
由于底盘件与车身都是弹性连接，底盘件对车身的模态影响很小，因此，内饰车身的弯曲、扭转模态与整车状态很接近，有时只是在内饰车身上进行模态分析和评价。车身模态应该高于发动机怠速激励，以避免被发动机激励起来，引起车身和转向系统振动。常见的怠速抖动，很多情况下是由车身的模态带动起来的，激励源就是来自于怠速时的发动机主阶次激励。
传递函数分析用来了解传递路径。由于车身受到的激励主要来自于动力总成和路面，因此，悬置、悬架与车身的接附点是激励的主要传递路径。通过传递函数分析，可以掌握每一条传递路径的贡献。每项分析都有相应的评价标准，保证每条传递路径都满足目标要求，这样可以将风险控制在最低水平。即使后期实验过程中出现问题，也可以根据传递函数结果来判断问题的根源，并采取有效的改进措施。如图4.4.24所示为振动传递函数（VTF）和噪声传递函数（NTF）结果。
图4.4.24 传递函数曲线
4.整车
在内饰车身上增加底盘后，就是整车状态。整车模型用来模拟一些实际的工况，如怠速振动、加速噪声等。详细内容如表4.4.8所示。
表4.4.8 整车分析项目
（续）
整车模型搭建完成后，首先用来进行模态分析，模态分析结果要填进整车模态分布表，查看各系统的模态分布，保证相关模态和激励之间不产生耦合。对于模态分布不合理的，要进行调整，不满足目标要求的，要进行优化。
各个系统集成在一起构成整车，整车的性能也是由各个系统集成在一起的，但绝不是简单地相加。无论各个系统是否满足了目标要求，最终还是要在整车上加以验证。有时候即使每个系统都满足了目标要求，但是集成到一起后还是可能会有不合格项。这是由于各个系统之间的耦合具有不确定性，实际分析过程中的线性简化，可能使一些风险点被掩盖住了。例如动力总成悬置系统，在设计时是简化为简易的系统，当集成到整车上时，由于此时的边界条件为车身，不再是简易模型里的刚性边界，因此，简易系统里的计算结果，如模态分布、解耦率、隔振率等都会发生变化。
整车分析工况经常需要用到实际的激励，如怠速时发动机激励，可以是转矩，也可以是悬置的传递力。激励的获取方法在前面已经介绍过，此处不再赘述。
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