在前面文章“基于臺架測試傳函的NVH有限元輪胎”中介紹了通過搭建輪胎臺架實驗獲取靜態(tài)預(yù)載下的輪胎傳遞特性，進(jìn)而對標(biāo)修正輪胎有限元模型，成功將真實預(yù)載狀態(tài)下輪胎傳遞特性引入仿真模型中。本文將基于西門子工程咨詢前沿研究及新技術(shù)應(yīng)用等，對考慮滾動影響的輪胎NVH特性識別及應(yīng)用進(jìn)行綜合闡述。

我們知道，不論是載荷識別還是整車的性能預(yù)測，均需要引入整車耦合傳函，輪胎的動態(tài)模態(tài)振型分析等，這些特性應(yīng)表征并真實反映運(yùn)行工況下的系統(tǒng)特性，尤其是對路噪工況。研究表明[1]，與靜置狀態(tài)輪胎特性對比，輪胎的動態(tài)特性會影響其非線性特征，包括材料屬性，模態(tài)及振型特征，從而帶來對整體性能的影響，因此輪胎的動態(tài)特性不容忽視。

01考慮輪胎滾動影響的整車耦合傳函測試

系統(tǒng)耦合傳函不僅受限于靜態(tài)結(jié)構(gòu)特征，西門子工程咨詢采用運(yùn)行工況下對整車傳函進(jìn)行測試，從而充分考慮輪胎轉(zhuǎn)動對系統(tǒng)傳遞特性的影響。圖中紅色曲線為實測車內(nèi)噪聲，黑色曲線為基于靜置預(yù)載狀態(tài)獲取的輪心到車內(nèi)的傳函，通過TPA擬合預(yù)測的車內(nèi)噪聲，藍(lán)色曲線噪聲考慮了低頻段動態(tài)傳函特性的影響，使得車內(nèi)噪聲預(yù)測得以很好的修正[1]。低頻動態(tài)特性的引入需結(jié)合動態(tài)、靜態(tài)測試對傳函進(jìn)行分析及合并，能夠較真實的反映實際情況，但對試驗及數(shù)據(jù)處理的要求相對較高。

02基于FBS Decoupling方法的滾動狀態(tài)輪胎傳函提取

目前，西門子工程咨詢正在進(jìn)行的比較前沿的一套應(yīng)用研究：基于FBS Decoupling（頻域動態(tài)子結(jié)構(gòu)分解）的方法來提取輪胎動態(tài)傳函；對于FBS方法（頻域子結(jié)構(gòu)方法），大家應(yīng)該都不陌生，F(xiàn)BS通過將一系列簡單獨(dú)立的動態(tài)子結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行組合裝配，從而擬合獲得整個復(fù)雜裝配體的系統(tǒng)特性。

近些年，面臨解決諸如如何從一個裝配體中反向提取某個子結(jié)構(gòu)的特性之類的問題時，比如整車運(yùn)行狀態(tài)下的輪胎自身動態(tài)特性的獲取，我們知道這是很難直接通過測試手段獲取的，因此FBS Decoupling的方法便應(yīng)運(yùn)而生。如下圖示意，首先獲取整車耦合狀態(tài)下動態(tài)特性；然后移除目標(biāo)輪胎，構(gòu)建及測試車身結(jié)構(gòu)傳遞特性；已知整車AB及車身A動態(tài)特性，通過FBS Decoupling的方法，從整車AB中剝離車身A的動態(tài)特性后，一個獨(dú)立運(yùn)行輪胎B的動態(tài)特性就與車身A完全解耦，目前西門子工程咨詢針對輪胎的FBS Decoupling的研究及應(yīng)用已處在領(lǐng)先水平。

下圖示例藍(lán)色曲線為帶預(yù)載且不同運(yùn)行車速下的輪胎動態(tài)傳函特性（通過FBS Decoupling方法獲?。S著車速的增加，255Hz左右的峰值被分離，當(dāng)車速達(dá)到60kmph，動態(tài)特性已經(jīng)大幅改變，不僅峰值間距拉開，且呈現(xiàn)一定的反相位特性，與靜態(tài)特性相比，輪胎滾動運(yùn)行狀態(tài)帶來的影響就很好體現(xiàn)，這為輪胎自身動態(tài)特性研究提供強(qiáng)有力的支撐。

03基于CTPA的不變載荷識別（基于動態(tài)傳函+動態(tài)響應(yīng)）

關(guān)于CTPA大家已經(jīng)不陌生了，為了精準(zhǔn)獲取可靠路面與輪胎相互作用的不變表征，引入blocked force，因不變載荷相關(guān)的獲取方法在公眾號里的其他文章里面已經(jīng)有過詳細(xì)闡述，在此不做贅述。結(jié)合前述所獲取的動態(tài)傳函及運(yùn)行工況響應(yīng)，輪胎相關(guān)的不變載荷將更加真實反映實際情況。

左圖左側(cè)interface forces是基于實車識別的輪心接觸力，圖中可以看出四條輪胎對應(yīng)的輪心接觸載荷存在一定的差異，這是因為接觸力受邊界條件影響較大。當(dāng)切換到左圖右側(cè)的blocked forces，由于四條相同的輪胎在相同的路面運(yùn)行，其對應(yīng)的不變載荷只與輪胎本身及路面特征相關(guān)，因此圖中四條曲線呈現(xiàn)高度的一致性。

右圖呈現(xiàn)的是為goodyear輪胎實施的一個實際應(yīng)用案例，圖中圈出曲線是通過輪胎臺架試驗的方法獲取的不變載荷，該方法可以很好的剝離輪胎臺架的影響，從而獲得輪心真實的不變載荷?；谠摬蛔冚d荷以及由01或02的方法獲取的到車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的耦合傳函，構(gòu)建TPA/VPA模型，右側(cè)車內(nèi)噪聲預(yù)測曲線中可以看出，車內(nèi)噪聲的預(yù)測更加精準(zhǔn)，與實測結(jié)果吻合較好。

04滾動狀態(tài)輪胎OMA&ODS測試與分析

除上述與CTPA息息相關(guān)的一些測試分析，西門子工程咨詢對輪胎自身的靜態(tài)模態(tài)、動態(tài)模態(tài)、動態(tài)變形等均有很好的測試及分析解決方案。如下圖所示，輪胎旋轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)下，通過激光測振及數(shù)字成像相關(guān)等方法，獲取運(yùn)行工況下的模態(tài)振型及變形。相比靜態(tài)工況，模態(tài)頻率，振動形態(tài)，相位等呈現(xiàn)出一定差異，這些差異主要來自預(yù)載、胎壓、聲固耦合、轉(zhuǎn)動特性、車速等影響。

05考慮動態(tài)特性影響的NVH輪胎模型優(yōu)化更新

Simcenter平臺支持多軟件聯(lián)合優(yōu)化，可以將試驗仿真解決方案有效結(jié)合。如下圖所示某輪胎模型建模優(yōu)化及流程，從基于實物的自動網(wǎng)格生成，到結(jié)合Heeds的多參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化，再到整車集成分析（CTPA、VPA等方案的仿真測試應(yīng)用）。將諸如動態(tài)工況下模態(tài)振型，傳遞特性有效整合入輪胎虛擬模型中。

06總結(jié)

通過以上基于輪胎動態(tài)特性相關(guān)案例展示，我們相信獲取及分析輪胎的動態(tài)特性已不再成為難事，當(dāng)然輪胎動態(tài)NVH特性只是在眾多領(lǐng)域中的冰山一角，西門子工業(yè)軟件能夠提供多領(lǐng)域多功能的軟硬件平臺，與時俱進(jìn)領(lǐng)先科技前沿的工程咨詢解決方案，為良好的產(chǎn)品質(zhì)量保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]  Jesús Ortega Almir′on , Fabio Bianciardi, Patrick Corbeels, Nicola Pieroni, Peter Kindt, Wim Desmet，Vehicle road noise prediction using component-based transfer path analysis from tire test-rig measurements on a rolling tire