我們為什么要做虛擬路譜激勵的整車路躁仿真?

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來源:誤入CAE的程序員

作者:朱淑強

整車路躁分析當然有很多的技術手段,依據激勵加載的不同,大致可以分為:TB接附點激勵加載,spindle加載和虛擬路譜的加載這三種手段方法。這三種路躁仿真方法的模型復雜程度逐級增加,激勵的輸入對實驗的依賴逐級較少,仿真介入的時間逐級提前,評價的整車系統層級逐級增加,對整車研發的意義作用也逐級增大。所以,基于路譜的整車路躁分析手段和方法,將是必然趨勢,我將從以下幾點詳細闡述。

我們為什么要做虛擬路譜激勵的整車路躁仿真?的圖1

source: 2007 SAE

1.基于路譜的整車路躁分析,是技術發展的必然趨勢

我們做NVH-CAE的仿真,最開始必然是從一個部件的模態和剛度等開始,然后隨著技術水平的提升,仿真精度的提高,開始做一個子系統的仿真,例如轉向系統,座椅,開閉件等等,并對這些子系統依次劃分目標,仿真驗證和優化;當子系統的仿真積累到一定程度,就會開始慢慢的分析到Trim Body層級。TB和底盤之間有隔振的設計,可以視為一個整體,定義其傳遞函數和接附點傳遞力即能保證整車的振動和噪聲目標,所以有很長一段時間主要在這個層級上面,主要因為一方面TB層級技術手段已經成熟,解析精度還較可靠,另一方面初期國內主機廠無底盤平臺研發能力,只能仿造和仿制,這樣只需保證TB的性能就能保證整車的性能了。但這一點正在慢慢打破,很多主機廠都開始研發自己的底盤,即或是對底盤的變更,其變更程度也越來越大,這樣勢必需要對整車性能重新進行預測和校調,從整車的角度來考慮性能水平,單單對TB層級的分析和預測,已經不能滿足現狀和需求了。另一個就是仿真精度和技術能力的提升。底盤建模和仿相比TB來說還是要復雜一些,尤其是現在隨著輪胎的建模和仿真這一難點的解決,已經完全突破了這些限制,并且解析精度越來越高,一些技術難點也基本攻克和解決,所以基于路譜的整車路躁分析將水到渠成。

我們為什么要做虛擬路譜激勵的整車路躁仿真?的圖2

source: Lucid Motor

2.基于路譜的整車路躁分析,是行業發展的必然要求

現在全世界的汽車產業正在發生變革,汽車電動化,智能化,網聯化的發展,已經開始了一場革命。隨著動力總成的變更,整車的噪聲問題也集中表現在以下幾個方面:風噪、路躁和胎噪、電機噪聲和輔助系統噪聲。這四類問題中,風噪結構傳遞的部分只與其特定部件相關,屬于局部小結構問題;風噪的高頻和電機噪聲通過空氣傳播,一把剪刀解決的問題,反正總能解決,無非成本和重量;至于輔助系統噪聲,結構復雜,個人認為屬于氣動噪聲和異響那一塊,比較玄學。那最后剩下的路躁,由路面不平度傳遞到輪胎,通過懸架,最終傳遞到車身,受結構影響最大,需要總全局進行考慮和校調,必須在前期進行預測和風險規避。既然要從全局進行考慮和校調,就必須從輪胎受力部分開始模擬分析,把所有的部件統統囊括進去,基于路譜的路躁仿真分析,是必不可少的技術路徑,其最關鍵的是把輪胎考慮進去,這是spindle加載方法做不到的。

我們為什么要做虛擬路譜激勵的整車路躁仿真?的圖3

source: IBNM( Institute of Mechanics and Computational Mechanics )

3.基于路譜的整車路躁分析,研發需求的必然結果

仿真最大的優勢就在于提前預知性能水平,及早做出判斷和反饋,盡量在研發前期把不合適的不匹配的結構設計扼殺在搖籃里面。我們所做的部件、子系統的性能目標,最終的目的是保證整車的性能目標,但這里有最關鍵的部品——輪胎。不同的輪胎性能有很大的不同,輪胎的模型是否可能直接匹配底盤和車體,是否會由于輪胎的振動特性造成整車的振動和噪聲,這都需要驗證。現在的做法就像是兩個人相互埋頭做事情,一邊根據要求設計輪胎,一邊依據系統目標、部件目標設計底盤和車身,但這兩個組合起來的性能如何,卻要等到騾子車采集到spindle才能仿真驗證,從研發的需求來看,最好是能在更早之前就能知道,越早提前預知,也就越早得到反饋,部件越早可以變更,時間周期上、研發成本上也能大大降低開支。另一個,就算能容忍spindle加載方法求得整車路躁,也不能評價出底盤的優劣,因為逆矩陣方法求得的反力,已經吃掉了底盤建模的誤差,所以基本無從評價底盤結構的好壞。所以,要全面評價輪胎、底盤和車身,基于虛擬路譜激勵的整車路躁方法是研發需求的必然結果。

我們為什么要做虛擬路譜激勵的整車路躁仿真?的圖4

source: NVH Engineering, Continental AG, Germany

我們為什么要做虛擬路譜激勵的整車路躁仿真?的圖5

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