前言  /  Introduction

汽車行業(yè)正在向電動化加速演進(jìn)，電動車的路噪問題開始凸顯。傳統(tǒng)燃油車因為有內(nèi)燃機(jī)的掩蔽效應(yīng)，車速在60km/h以下基本聽不到路噪聲，而純電動車或者混合動力車型的純電模式，車速從40km/h開始就出現(xiàn)路噪。國際某權(quán)威調(diào)查機(jī)構(gòu)近期的調(diào)查結(jié)果顯示：路噪在電動車NVH問題中的比重為40%，遠(yuǎn)超其它幾個方面。在行業(yè)內(nèi)卷嚴(yán)重的背景下，對汽車路噪性能的開發(fā)要求越來越高。本文介紹一種路噪預(yù)測的方法，能夠在車型開發(fā)的早期對路噪性能進(jìn)行預(yù)測和分析。

在《西門子工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊解決方案之虛擬樣機(jī)裝配》一文中，我們曾介紹了虛擬樣機(jī)裝配技術(shù)的基本原理及應(yīng)用步驟：NVH部件定義、虛擬樣機(jī)裝配、預(yù)測及分析，有興趣的讀者可以通過前文進(jìn)行回顧，這里不再復(fù)述。該文還提供了三個純電動車電驅(qū)單元（EDU）噪聲預(yù)測的案例，展示了通過試驗和仿真相結(jié)合的方法進(jìn)行汽車NVH性能預(yù)測的廣闊應(yīng)用前景。本文將介紹一個路噪預(yù)測的案例。

路噪預(yù)測技術(shù)路線

跟路噪結(jié)構(gòu)聲相關(guān)的關(guān)鍵部件或子系統(tǒng)有：輪胎、懸架和車身，懸架又可以進(jìn)一步拆分為擺臂、各種連桿、副車架、減震器、襯套等。通過試驗或者有限元仿真對以上零部件/子系統(tǒng)進(jìn)行單獨的表征，分別用力、傳遞函數(shù)或者動剛度來表示。然后通過Simcenter Testlab 中的Virtual Prototype Assembly模塊進(jìn)行路噪虛擬樣車的裝配，進(jìn)而預(yù)測虛擬樣車的路噪水平，并將計算結(jié)果與實測結(jié)果進(jìn)行比較，以驗證模型的精度。

部件/子系統(tǒng)的表征

輪胎/激勵力

來自路面的激勵通過輪胎傳遞到輪心，進(jìn)一步通過懸架傳遞到車身。表征路面激勵的方式有很多種，這里我們用C-TPA技術(shù)識別輪心的不變載荷。選擇In-situ方法在實車條件下識別輪心的Blocked forces。流程可以簡單歸納為：在四個車輪的knuckle上布置加速度傳感器作為指示點，在粗糙路面上以特定的車速勻速行駛，以獲取指示點的運行工況數(shù)據(jù)。然后在靜態(tài)條件下，獲取輪心到knuckle指示點的傳函矩陣。進(jìn)而用以下公式計算輪心的不變載荷。    

值得一提的是，由于力錘或者激振器無法觸及車輪的中心，如果想要獲取輪心到指示點的精確傳函，需要用到VPT技術(shù)，即虛擬點轉(zhuǎn)換（Virtual Point Transformation）技術(shù)，這可在Simcenter Testlab的Virtual Point Transformation模塊中輕松實現(xiàn)。

懸架

懸架的表征是一個難點，懸架一側(cè)連接到車輪，另一側(cè)連接到車身，中間有球節(jié)等，復(fù)現(xiàn)懸架的實際邊界條件非常具有挑戰(zhàn)性，邊界條件要包括由于車重產(chǎn)生的垂直預(yù)載荷和駕駛過程中懸架滑移。解決這一挑戰(zhàn)的方案之一是基于頻率的子結(jié)構(gòu)解耦，即FBS decoupling。這是一種通過從組合部件中減去支撐結(jié)構(gòu)來表征未知組件振動特性的技術(shù)。即通過從兩個部件的組合中去除其中一個結(jié)構(gòu)的影響來識別未知組件頻率響應(yīng)函數(shù)（FRF）的方法。

使用FBS decoupling方法能夠創(chuàng)建懸架模型，提供路噪預(yù)測所需的精度和頻率范圍。為此，我們制作了一個懸架的專用測試臺架，為便于重復(fù)利用，該臺架的連接點位置設(shè)計了適配結(jié)構(gòu)，可以安裝不同尺寸的懸架。使用有限元（FE）模型設(shè)計和驗證測試臺架，以限制其強(qiáng)動態(tài)特性或過度剛性，從而使其能夠與目標(biāo)結(jié)構(gòu)耦合。

懸架測試臺架制作完成之后，使用Simcenter 3D評估理想的測試設(shè)置，包括傳感器布置位置及空間、以及激勵位置及Simcenter Qsources?激振器的空間。這一過程將極大的提高測試效率。

本案例獲得了大約三萬多條傳遞函數(shù)/FRF。該懸架包含大量連接點，需要測量這些連接點之間的傳函，因此需要大量的傳函來表征它，從輪心處的輸入到車身連接點處的輸出。為確保模型的精度，需要進(jìn)行大量的測試。最終通過懸架和臺架組合的傳遞特性減掉臺架的傳遞特性，獲得懸架的傳遞特性。

以上是通過純試驗的方法獲取懸架的傳遞特性，工作量較大，對試驗條件的要求也較高。為克服這一方法的缺點，西門子工程服務(wù)團(tuán)隊開發(fā)了一種試驗和仿真相結(jié)合的方法來表征懸架，既減少了工作量同時又能保證模型的精度，后續(xù)可以單獨寫篇短文介紹該方法。

襯套

西門子工程服務(wù)團(tuán)隊通過試驗獲取襯套的動剛度，方法可以歸納如下：為襯套制作專用夾具，分別固定在襯套的主動端和被動端，然后將襯套+夾具組合用橡皮繩懸吊，處于自由-自由狀態(tài)。分別在主動側(cè)夾具和被動側(cè)夾具上布置足夠多的加速度傳感器，在主動側(cè)和被動側(cè)選擇一定個數(shù)的自由度進(jìn)行激勵，獲取主動側(cè)和被動側(cè)之間的傳函矩陣。應(yīng)用VPT技術(shù)將測量數(shù)據(jù)縮減到襯套中心位置的主動側(cè)和被動側(cè)虛擬點，通過頻域子結(jié)構(gòu)和逆子結(jié)構(gòu)方法提取襯套的剛度值。該測試方法可以獲取2000Hz以內(nèi)的動剛度數(shù)據(jù)（對路噪結(jié)構(gòu)聲來，只需要500Hz以內(nèi)動剛度數(shù)據(jù)即可）。

襯套動剛度測試?yán)碚撌疽鈭D

襯套夾具、傳感器布置位置及測試照片

車身

車身通常用懸架與車身接附點到車內(nèi)目標(biāo)點的傳函來表示，可以通過試驗獲取，也可以通過內(nèi)飾車身的有限元模型來獲取。由于虛擬裝配的需要，懸架與車身接附點的原點傳函矩陣也需要獲取。

路噪虛擬樣車裝配及預(yù)測

完成跟路噪結(jié)構(gòu)聲相關(guān)的關(guān)鍵部件/子系統(tǒng)的表征之后，通過VPA Definition模塊將其發(fā)布到部件庫中。然后進(jìn)入VPA Assembler模塊創(chuàng)建虛擬的路噪樣車模型，模型包括輪胎、懸架、襯套、車身，如下圖所示：

下圖是虛擬路噪樣車模型的計算結(jié)果與實測結(jié)果的比較，計算結(jié)果與測試結(jié)果在主要的問題峰值處匹配的較好。說明該方法是可靠的，并且模型的精度較好。

虛擬車輛的預(yù)測結(jié)果還可做進(jìn)一步詳細(xì)分析，包括聲音來源等傳遞路徑的排序。這項技術(shù)可以納入到主機(jī)廠的NVH開發(fā)流程，以提高NVH性能開發(fā)的效率?？梢栽谲囕v開發(fā)的早期階段進(jìn)行及時可靠的改進(jìn)，這將提高駕駛員和乘客的滿意度。

Simcenter Testlab NVH Simulator使預(yù)測的路噪能夠與其他噪聲相結(jié)合，如風(fēng)噪、輪胎噪聲和動力總成噪聲，使主觀感受更逼真。這有助于工程師做出更準(zhǔn)確的噪聲預(yù)測。有興趣的讀者可以點擊閱讀文章《西門子工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊解決方案之汽車NVH模擬器》，了解NVH模擬器的功能。

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