基于轮心载荷的整车路噪仿真分析

李京福 王吉祥 郭风晨 鄂世国

摘 要：由于传统路噪方法过程繁琐且精度偏低 采用在轴头加载进行路噪分析。测量车辆在特定速度下轮边的加速度 同时计算轮心到监测点的传递函数。利用矩阵的求逆的方法 计算出准确的轴头载荷。最终利用PCA（Principle Components Analysis）分解 将各轴头力分解成24组线性无关的轮心载荷 并加载于整车有限元模型中 最终仿真与测试曲线基本吻合。对于低频结构的路噪问题 利用轴头加载的方式模拟是可以适用的。

关键词：测试;轮心传函;载荷获取;路噪仿真

中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：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 地面与轮胎作用产生轴头力 轴头力是影响整车路面低频结构振动噪声的主要因素[1]。用于提取疲劳载荷的6分力仪主要适用于低频分析 一般小于80Hz 但路噪范围到300 Hz 且过程繁琐 精度偏低。利用逆矩阵法提取轴头力可以避免此类问题。

1 轮边加速度

传感器置于转向节处 保证布点位置处的结构刚度不能太弱 不要共面。传感器数量确保各轮子至少4个。本研究按照4批次的单轮采集的 每组测三次 有效时间长度为10s 各批次下各测点的数据长度一致。

测试道路为某城市公路的粗糙与光滑路面 测试后需要对数据进行一致性检查。加速度响应符合：AZ>AX>AY。

2 轮心传函计算

2.1 传函计算

利用有限元整车模型 在转向节轴承和制动盘轮心处 依次施加1N和1N.mm的载荷 最终创建24个分析工况 如图1所示。

3 逆矩阵法载荷提取

传递路径分析中有一种载荷识别的方法 对获得的频响函数矩阵求逆得到各个路径位置上的载荷[2]。传递函数矩阵维数是路径总的2倍或更多 因为需要一倍路径数目的额外指示点。矩阵求逆是通过轴头到测点的加速度传函与传感器测试出的加速度 利用矩阵分析的方法而计算出轮心力[3]。利用傅里叶变换 将传感器测得的时域下的加速度数据 转换成频域 各轮心分量之间形成响应PSD谱 再通过的传函结果 可求出轴头力Gf。如图2所示。

考虑路噪声问题分析 轮心的载荷 转向节的加速度响应及轮心到测点的传递函数构成了稳定的线性系统。如上所述 Gf表示轮心PSD载荷矩阵 而Ga则表示转向节的加速度响应。它们的矩阵的方程为：

4 PCA分解

由于当车辆行驶中 路噪为典型的部分相关的响应耦合的问题 基于主分量方法来解耦分析 最终实现线性无关的的独立的路径问题进行解决[4]。而上节提到矩阵求逆的方法能够计算出精度较高的轴头载荷 将其加载到轮心处并进行整车路噪分析计算 最终与整车车内的试验结果进行比较 从而检查求得的轮心力和搭建的模型精度是否满足要求。利用轴头力与整车加速度传递函数矩阵（Hv）乘法 进而分析出（Gf）轴头力下的整车路噪结果（Gp） 如式（5）所示;

因为对于轴头力Gf是不确定性的激励 这样无法进行传递路径分析和灵敏度的分析。由于车辆在行驶的过程 四个轮子接触不同的路面 信号完全不同 有多个不相关的激励源和力作用在悬架上 响应之间存在一定程度的耦合 进行TPA时 需要将耦合的数据进行PCA分解成独立的不相关的主分量 然后对每个主分量进行单参考TPA分析 最后进行每个TPA叠加成最终结果[5]。

利用这样的过程 本文采用主分量的途径将非确定性分析转换成确定性分析 能够满足一切后处理手段的实现。这样Gf轴头力能够转换成24乘以24的方阵 每行表示所以轴头力的分向量 合计24组分向量 所有分向量都是线性无关。最后车内的路噪响应结果是将24个分向量得到的计算结果进行矢量叠加 如图4所示对标结果。仿真与试验结果基本吻合。

5 结论

通过逆矩阵法的载荷提取理论研究 并经过模拟与实测曲线的的对比验证 证明了轴头力的逆矩阵提取方法理论可适用于路噪仿真分析。但测试数据的质量决定了载荷提取的成功与否，前期需要进行试验数据的对比和载荷误差的查找 以提升载荷的精度。此外PCA主分量分解解决了随机响应问题无法实现路径贡献量分析的难题 为后期整车路噪仿真问题频率诊断奠定基础。

轮心载荷加载方法优点在于不用依赖路面扫描和轮胎的

建模 频率可到300Hz甚至更高。但同时也存在局限性 不具通用性 且不能更早的介入路噪分析 以上问题待虚拟路面技术普及后得到解决。

参考文献

[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] 刘东明，项党，郑金鑫.传递路径分析技术在车内噪声与振动研究与分析中的应用[J].噪声与振动控制，2007，8（4）：73-77.

[4] 严辉，康润程，陈明.多参考TPA在整车路面载荷提取中的运用[J]. 汽车科技，2013，1（1）：10-14.

[5] 康菲，闫硕.传递路径分析在车内噪声分析中的应用[J].汽车技术， 2013（7）18-20.