某乘用车轮胎系统NVH性能仿真与试验研究

殷崇信

摘 要：轮胎是汽车重要的安全零部件，汽车通过它与地面进行接触，传递驱动力、制动力和转向力，对整车综合结构性能有重要影响，文章针对某SUV三种轮胎方案进行了 CAE模态分析然后进行了台架强NVH测试，CAE分析和试验结果表明，两个轮胎优化方案NVH性能满足目标要求。

关键词：乘用车;轮胎;NVH性能

中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）19-181-03

Simulation and experimental study on NVH performance of

a passenger car tire system

Yin Chongxin

（ Product Development & Technical Center， JiangLing Motors Co， Ltd， Jiangxi Nanchang 330001 ）

Abstract： Tire is an important safety part of automobile. Through it， the vehicle contacts with the ground to transmit driving force， braking force and steering force， which has an important impact on the overall structural performance of the vehicle. This paper presents three tire schemes for a SUV CAE modal analysis and test results show that the NVH performance of the two tire optimization schemes meets the target requirements.

Keywords： Passenger car; Tire; NVH performance

CLC NO.： U467  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）19-181-03

引言

随着国家经济高速发展，人民的生活水平日益提高，乘用车尤其SUV销量也得到快速发展，与此同时，人们对于SUV的舒适性和NVH品质要求也越来越高。轮胎是汽车重要的安全零部件，汽车通过它与地面进行接触，传递驱动力、制动力和转向力，影响着整车的NVH性能、整车舒适性和操纵稳定性，良好的声腔模态和声压水平对轮胎NVH性能有着重要的影响[1-4]，故研究轮胎NVH性能具有重要的价值和意义。

本文研究源于某新平台SUV需开发新的轮胎系统，需确保其NVH性能满足设计目标要求，通过有限元方法，基于Hyperworks软件，对某城市型SUV三种方案轮胎系统进行了模态CAE分析，同时结合NVH测试试验，进行了声压级测试，CAE分析结果和测试结果表明两款优化方案轮胎NVH提升效果显著，满足设计目标要求。

1 轮胎系统CAE声腔模态对比分析

1.1 模态分析理论

结构系统固有模态频率及振型是分析结构振动特性基础，通过模态分析可确定结构的振动特性[5]。

轮胎的振动方程为[5]：

（1）

式（1）中，[M]为结构总质量矩阵;C为阻尼矩阵;[K]为总刚度矩阵;为加速度向量;{q}为位移向量。

1.2 轮胎有限元模型

本文采用有限元软件Hyperworks对某乘用车轮胎系统进行了建模，网格大小为3mm，空气流速为340000mm/s，有限元模型如图1。

1.3 轮胎CAE声腔模态分析

本文分析了三种状态下的轮胎声腔模态，分别提取前三阶模态，图2为基础方案轮胎（半径为R19英寸）声腔模态分析结果，第1阶模态频率为180.8Hz，第2阶模态频率为361.4Hz，第3阶模态频率为541.4Hz。

本文对优化方案Opt1轮胎（半径为R19英寸，材质A）进行了声腔模态分析，得到图3分析结果，其中第1阶模态频率为185.7Hz，第2阶模态频率为370.7Hz，第3阶模态频率为554.2Hz。

本文对优化方案Opt2轮胎（半径为R19英寸，材质B）进行了声腔模态分析，得到图4的CAE分析结果，其中第1阶模态频率为181.2Hz，第2阶模态频率为361.9Hz，第3阶模态频率为541.7Hz，汇总结果如表1，结果显示，两个优化方案模态频率值得到改善提升。

2 轮胎NVH性能試验对标分析

本文对某乘用车三种方案轮胎进行了NVH性能对比测试试验，对每种方案进行了光滑沥青路面、粗糙沥青路面和水泥路面下的轮胎噪声声压测试，图5为基础方案与优化方案Opt1对比测试结果，结果显示优化方案Opt1在光滑沥青和水泥路面较基础轮胎声压较小，有改善，而在粗糙路面，优化方案Opt1声压级别与基础方案处于同一水平。

Opt2对比测试结果，结果显示优化方案Opt2在粗糙沥青和水泥路面较基础轮胎声压较小，有改善，而在光滑路面，优化方案Opt2声压级别与基础方案处于同一水平。

3 结论

本文通过有限元方法，基于Hyperworks软件，对某城市型SUV三种方案轮胎系统进行了模态CAE分析，同时结合NVH测试试验，进行了声压级测试，CAE分析结果和测试结果表明两款优化方案轮胎NVH提升效果显著，满足设计目标要求。

参考文献

[1] 陈其忠.轮胎结构设计对轮胎性能影响的研究[D].山东：青岛理工大学2018.

[2] 郑璐.轿车子午线轮胎NVH性能影响因素的研究[J].轮胎工业， 2020，10（1）：18-21.

[3] 凌子红.乘用车车内噪声源识别与综合治理技术研究[D].陕西：长安大学，2017.

[4] 周玲.乘用车噪声问题及其降低方法的研究[D].江西：南昌大学， 2019.

[5] 黄民中.汽车覆盖件冲压成形非线性有限元仿真分析[D].湖南：湖南大学，2010.