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輪胎模態(tài)是怎么影響整車NVH性能的？

2020-11-23 22:39:19·  來源：誤入CAE的程序員  作者：朱淑強(qiáng)  
　
如果按照理論來講，沒有一個(gè)長(zhǎng)篇是講不清楚的，其中不乏模態(tài)耦合、傳遞路徑分析、聲振耦合等等，長(zhǎng)篇大論固然是好的，搞幾篇論文，放到那期刊雜志的高頭講章還不
如果按照理論來講，沒有一個(gè)長(zhǎng)篇是講不清楚的，其中不乏模態(tài)耦合、傳遞路徑分析、聲振耦合等等，長(zhǎng)篇大論固然是好的，搞幾篇論文，放到那期刊雜志的高頭講章還不錯(cuò)，但作為追求短平快的當(dāng)代消遣娛樂非正式的微信公眾號(hào)，一大塊的理論和公式?jīng)]人愿意看。在企業(yè)主要為工程應(yīng)用，那就從具體的案例剖析來初探這個(gè)問題。
案例：輪胎模態(tài)對(duì)整車方向盤振動(dòng)的影響
 
如上圖所示，整車的粗糙路面仿真結(jié)果，在方向盤Y向上在40Hz頻率上響應(yīng)出現(xiàn)峰值，并且超過目標(biāo)線。接下來就是對(duì)該峰值進(jìn)行問題診斷，通過模態(tài)貢獻(xiàn)量分析發(fā)現(xiàn)，整車下方向盤Y向模態(tài)39.5Hz為最大貢獻(xiàn)模態(tài)。
 
很顯然，根據(jù)傳遞路徑，當(dāng)路面的激勵(lì)傳遞到車身，由于方向盤在39.5Hz存在Y向模態(tài)，造成方向盤Y向出現(xiàn)峰值，并且超過目標(biāo)線。按照傳統(tǒng)的方法，問題的要因似乎找到了，即轉(zhuǎn)向管柱的Y向剛度不足，造成振動(dòng)響應(yīng)峰值偏大，即提高轉(zhuǎn)向管柱剛度，該峰值即可下降。但有經(jīng)驗(yàn)的可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著你提高轉(zhuǎn)向管柱剛度、方向盤Y向模態(tài)也會(huì)上升，方向盤Y向振動(dòng)響應(yīng)峰值并不會(huì)下降，只是峰值的頻率開始往后移了。那問題出現(xiàn)了：該峰值確實(shí)是由于方向盤模態(tài)造成的（模態(tài)上升，峰值移頻），但不好解決！
我們觀察該模態(tài)，發(fā)現(xiàn)懸架系統(tǒng)，或者說輪胎在該頻率下有很大的振幅，依據(jù)傳遞路徑分析，會(huì)不會(huì)是路面的激勵(lì)通過輪胎的作用（或者說輪胎組成的懸架）而放大了？仔細(xì)研究，輪胎（有預(yù)載，無裝配）模態(tài)為47.8Hz，當(dāng)裝配到整車上之后，該輪胎模態(tài)變成39.5Hz。
 
換種思路，如果輪胎單體沒有47.8Hz上的模態(tài)，即整車下輪胎的模態(tài)也不會(huì)有39.5Hz，那這樣改變輪胎的模態(tài)，會(huì)對(duì)整車振動(dòng)響應(yīng)有影響么？實(shí)車上可能很難做到，但在仿真領(lǐng)域，使用特殊的手段來改變輪胎的模態(tài)，完全可行。我們準(zhǔn)備了3個(gè)case，分別為去除該輪胎單體模態(tài)、降低該輪胎單體模態(tài)、升高該輪胎單體模態(tài)，研究對(duì)整車振動(dòng)響應(yīng)的影響。
case1：輪胎沒有該階模態(tài)
去除輪胎單體模態(tài)47.8Hz后，整車下方向盤的振動(dòng)響應(yīng)在40Hz峰值消失，整體的響應(yīng)幅值也大幅下降，達(dá)成目標(biāo)。
 
case2：輪胎該階模態(tài)從47.8→35Hz
輪胎單體模態(tài)47.8→35Hz后，整車下方向盤的振動(dòng)響應(yīng)在40Hz峰值消失，整體的響應(yīng)幅值也大幅下降，但下降幅度不如case1，達(dá)成目標(biāo)。
 
case3：輪胎該階模態(tài)從47.8→60Hz
輪胎單體模態(tài)47.8→60Hz后，整車下方向盤的振動(dòng)響應(yīng)在40Hz峰值消失，在40Hz附近響應(yīng)幅值也大幅下降，但在大概46Hz附近出現(xiàn)新的幅值，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目標(biāo)線。
 
這件事情其實(shí)很奇怪。當(dāng)我們沒有將輪胎模態(tài)囊括進(jìn)我們的研究范圍，我們大部分的做法都是覺得該峰值是由于方向盤的模態(tài)造成的（事實(shí)也確實(shí)如此，改變方向盤模態(tài)，出現(xiàn)移頻現(xiàn)象），但當(dāng)我們改變輪胎的模態(tài)時(shí)，峰值是直接消失或者移頻的，似乎又是由于輪胎模態(tài)造成的。我分析這兩個(gè)結(jié)論，其實(shí)都是對(duì)的，方向盤的模態(tài)、輪胎的模態(tài)都是要因，說模態(tài)耦合也是一種解釋，但通過分析終歸還是由于輪胎的模態(tài)造成的，并且改變輪胎的模態(tài)對(duì)該峰值的下降受益實(shí)在是太大了！
分析歸分析，研究問題有研究問題的手段和方法，放到實(shí)際應(yīng)用就要考慮現(xiàn)實(shí)問題了：實(shí)際上當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)輪胎的時(shí)候，我們可以做到讓輪胎的模態(tài)分布按照我們的想法來實(shí)現(xiàn)么？很顯然，現(xiàn)階段幾乎還做不到。那么，替換一個(gè)輪胎是不是就可以了？
如下圖所示，新舊輪胎的模態(tài)對(duì)比，兩個(gè)輪胎的模態(tài)頻率有一些不同，但不會(huì)相差太大。
 
該輪胎替換之后整車響應(yīng)如下圖所示。我們看到，40Hz頻率下的峰值有一些下降，但還未OK，32Hz的峰值倒是OK了，但45Hz樣子出現(xiàn)新的峰值，總體來說，替換輪胎后，有好有壞，這也符合現(xiàn)實(shí)中我們替換輪胎，由此可見，替換輪胎并不確保能完全解決某一個(gè)問題，對(duì)替換之后的結(jié)果，是不可預(yù)見的，這不是一個(gè)最終的解決方案。
 
由此可見，整車NVH性能的達(dá)成過程中，目前現(xiàn)階段還不能做到設(shè)計(jì)輪胎來完全匹配車身。當(dāng)車身已經(jīng)設(shè)計(jì)完成后，更多的是篩選輪胎，不斷調(diào)試，來獲得最佳的匹配設(shè)計(jì)，我們做的一些仿真研究工作，也恰好證明了這一點(diǎn)。
 
 
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