基于輪心載荷的整車路噪仿真分析

李京福 王吉祥 郭風晨 鄂世國

摘 要：由于傳統(tǒng)路噪方法過程繁瑣且精度偏低 采用在軸頭加載進行路噪分析。測量車輛在特定速度下輪邊的加速度 同時計算輪心到監(jiān)測點的傳遞函數(shù)。利用矩陣的求逆的方法 計算出準確的軸頭載荷。最終利用PCA（Principle Components Analysis）分解 將各軸頭力分解成24組線性無關(guān)的輪心載荷 并加載于整車有限元模型中 最終仿真與測試曲線基本吻合。對于低頻結(jié)構(gòu)的路噪問題 利用軸頭加載的方式模擬是可以適用的。

關(guān)鍵詞：測試;輪心傳函;載荷獲取;路噪仿真

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-134-03

Abstract： Since the low accuracy of the traditional method， the simulation of vehicle road noise is proposed by loading at the wheel spindle. The acceleration of the measuring points on knuckle near the wheel spindle is measured， and the transfer function of the wheel spindle to the points is calculated .Based on the inverse matrix method， the loads at the wheel spindle are obtained. Combining with PCA（Principle Components Analysis）method， the loads of each wheel are decomposed into 24 groups of linearly independent wheel spindle loads， which are loaded on the whole vehicle model.Finally， the simulation and test results are basically consistent. Therefore， the simulation method for calculating road noise with wheel spindle loading is feasible.

Keywords： Test; Transfer function; Load extract; Rolling noise simulation

CLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-134-03

前言

一般情況 地面與輪胎作用產(chǎn)生軸頭力 軸頭力是影響整車路面低頻結(jié)構(gòu)振動噪聲的主要因素[1]。用于提取疲勞載荷的6分力儀主要適用于低頻分析 一般小于80Hz 但路噪范圍到300 Hz 且過程繁瑣 精度偏低。利用逆矩陣法提取軸頭力可以避免此類問題。

1 輪邊加速度

傳感器置于轉(zhuǎn)向節(jié)處 保證布點位置處的結(jié)構(gòu)剛度不能太弱 不要共面。傳感器數(shù)量確保各輪子至少4個。本研究按照4批次的單輪采集的 每組測三次 有效時間長度為10s 各批次下各測點的數(shù)據(jù)長度一致。

測試道路為某城市公路的粗糙與光滑路面 測試后需要對數(shù)據(jù)進行一致性檢查。加速度響應(yīng)符合：AZ>AX>AY。

2 輪心傳函計算

2.1 傳函計算

利用有限元整車模型 在轉(zhuǎn)向節(jié)軸承和制動盤輪心處 依次施加1N和1N.mm的載荷 最終創(chuàng)建24個分析工況 如圖1所示。

3 逆矩陣法載荷提取

傳遞路徑分析中有一種載荷識別的方法 對獲得的頻響函數(shù)矩陣求逆得到各個路徑位置上的載荷[2]。傳遞函數(shù)矩陣維數(shù)是路徑總的2倍或更多 因為需要一倍路徑數(shù)目的額外指示點。矩陣求逆是通過軸頭到測點的加速度傳函與傳感器測試出的加速度 利用矩陣分析的方法而計算出輪心力[3]。利用傅里葉變換 將傳感器測得的時域下的加速度數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成頻域 各輪心分量之間形成響應(yīng)PSD譜 再通過的傳函結(jié)果 可求出軸頭力Gf。如圖2所示。

考慮路噪聲問題分析 輪心的載荷 轉(zhuǎn)向節(jié)的加速度響應(yīng)及輪心到測點的傳遞函數(shù)構(gòu)成了穩(wěn)定的線性系統(tǒng)。如上所述 Gf表示輪心PSD載荷矩陣 而Ga則表示轉(zhuǎn)向節(jié)的加速度響應(yīng)。它們的矩陣的方程為：

4 PCA分解

由于當車輛行駛中 路噪為典型的部分相關(guān)的響應(yīng)耦合的問題 基于主分量方法來解耦分析 最終實現(xiàn)線性無關(guān)的的獨立的路徑問題進行解決[4]。而上節(jié)提到矩陣求逆的方法能夠計算出精度較高的軸頭載荷 將其加載到輪心處并進行整車路噪分析計算 最終與整車車內(nèi)的試驗結(jié)果進行比較 從而檢查求得的輪心力和搭建的模型精度是否滿足要求。利用軸頭力與整車加速度傳遞函數(shù)矩陣（Hv）乘法 進而分析出（Gf）軸頭力下的整車路噪結(jié)果（Gp） 如式（5）所示;

因為對于軸頭力Gf是不確定性的激勵 這樣無法進行傳遞路徑分析和靈敏度的分析。由于車輛在行駛的過程 四個輪子接觸不同的路面 信號完全不同 有多個不相關(guān)的激勵源和力作用在懸架上 響應(yīng)之間存在一定程度的耦合 進行TPA時 需要將耦合的數(shù)據(jù)進行PCA分解成獨立的不相關(guān)的主分量 然后對每個主分量進行單參考TPA分析 最后進行每個TPA疊加成最終結(jié)果[5]。

利用這樣的過程 本文采用主分量的途徑將非確定性分析轉(zhuǎn)換成確定性分析 能夠滿足一切后處理手段的實現(xiàn)。這樣Gf軸頭力能夠轉(zhuǎn)換成24乘以24的方陣 每行表示所以軸頭力的分向量 合計24組分向量 所有分向量都是線性無關(guān)。最后車內(nèi)的路噪響應(yīng)結(jié)果是將24個分向量得到的計算結(jié)果進行矢量疊加 如圖4所示對標結(jié)果。仿真與試驗結(jié)果基本吻合。

5 結(jié)論

通過逆矩陣法的載荷提取理論研究 并經(jīng)過模擬與實測曲線的的對比驗證 證明了軸頭力的逆矩陣提取方法理論可適用于路噪仿真分析。但測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定了載荷提取的成功與否，前期需要進行試驗數(shù)據(jù)的對比和載荷誤差的查找 以提升載荷的精度。此外PCA主分量分解解決了隨機響應(yīng)問題無法實現(xiàn)路徑貢獻量分析的難題 為后期整車路噪仿真問題頻率診斷奠定基礎(chǔ)。

輪心載荷加載方法優(yōu)點在于不用依賴路面掃描和輪胎的

建模 頻率可到300Hz甚至更高。但同時也存在局限性 不具通用性 且不能更早的介入路噪分析 以上問題待虛擬路面技術(shù)普及后得到解決。

參考文獻

[1] Kim Seungbo，Inoue Akira，Singh Rajendra.Experimental Studyof Structure-Borne Noise Transfer Paths over the Mid-FrequencyRegime[C]. SAE Paper 2005-01-2338.

[2] HomaTorab，Steve Borders， Archie Ni， RobertPowell， “Spindle Loads for NVH CAE Models：Alternative to Tire Model”， Ford NVH CAE TechnicalPaper #T504-99-002.

[3] 劉東明，項黨，鄭金鑫.傳遞路徑分析技術(shù)在車內(nèi)噪聲與振動研究與分析中的應(yīng)用[J].噪聲與振動控制，2007，8（4）：73-77.

[4] 嚴輝，康潤程，陳明.多參考TPA在整車路面載荷提取中的運用[J]. 汽車科技，2013，1（1）：10-14.

[5] 康菲，閆碩.傳遞路徑分析在車內(nèi)噪聲分析中的應(yīng)用[J].汽車技術(shù)， 2013（7）18-20.