整車路躁
關注創建者：mishaw 創建時間：2019-08-11
整車路躁的實例教程
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。
source: NVH Engineering, Continental AG, Germany
之前文章介紹過，為什么我們要做虛擬路譜的整車路躁仿真，這次就來講講做這個仿真，需要攻克的核心技術有哪些。虛擬路譜激勵的整車路躁仿真，首先激勵源是路面不平度，直接加載到整車模型的輪胎footprint點，提取人耳處的聲壓響應和方向盤、座椅等位置的振動加速度響應。所以，要完成這一整套的仿真分析后處理過程，有以下幾個技術難點。
1.輪胎的建模仿真
虛擬路譜直接加載到輪胎模型上，繞不開對輪胎的建模和仿真。輪胎是一種高度非線性，成分非常復雜的子系統，其自身的力傳遞特性直接決定了從地面傳遞到輪芯的力大小，所以，為了準確的進行整車的路躁仿真，準確的輪胎模型是必須的，所以一般通常使用的那種簡易輪胎模型（即整個輪胎一圈均使用rbe2單元連接，接地點使用0長度BUSH單元模擬輪胎接地的XYZ向剛度）就不適用了。
FE tire模型
目前，在NVH仿真領域，輪胎可以達到的頻率范圍至少要300Hz以上，適用于整車建模的精確的輪胎建模仿真解決方案主要有兩種：一種是模態輪胎，另一種是CDtire。兩種均可以得到精確的地面到輪心的力傳遞特性，但也有不同的。模態輪胎是傳統的FE輪胎，是一種基于設計參數的輪胎模型，即使用輪胎設計的材料屬性，來構建輪胎有限元模型，采用橡膠某一種的本構模型，來構建輪胎的力學關系，通過非線性的有限元仿真，來得到輪胎的動力學結果，直至轉化得到通用有限元軟件能使用的模態輪胎模型。而CDtire就不一樣了，它是一種基于經驗（實驗）的輪胎模型。對于一個已經有實物的輪胎，給輪胎做各種各樣的實驗，通過這些實驗數據和結果，使用軟件擬合得到一個輪胎模型，這個輪胎模型可以適用的范圍比較廣泛，根據實驗的不同擬合出來的輪胎也是不同的，但完備的實驗數據和結果，甚至可以得到一個多體動力學和NVH共用的輪胎模型。
展開 以傳統的燃油車為思考點，參考一些文章，主要有一下幾點：
動力總成剛體模態頻率需要和發動機怠速頻率達到隔振目的，依據隔振理論，這部分關系為：動力總成剛體頻率/怠速模態頻率=1/√2；
動力總成是剛體模態中的Lateral模態容易與Roll模態耦合，需要相互避開；
考慮整車路躁，動力總成是剛體模態中的Bounce模態應該與前懸的上下同步跳動HOP模態避開；
動力總成是剛體模態中的Roll模態必須低于怠速時發動機點火脈沖頻率的1/2；
動力總成是剛體模態中的Pitch模態容易與Roll模態耦合，這兩個模態需要有一定的頻率間隔；
同樣是路躁考慮，動力總成是剛體模態中的Pitch模態應該與前懸上下異步跳動的TRAMP模態避開；
動力總成是剛體模態中的Yaw模態容易與Roll模態耦合，這兩個模態需要有一定的頻率間隔；
以一般常見的4缸發動機為例，怠速轉速一般750轉，怠速頻率為25Hz，依據隔振理論，動力總成剛體模態不應該大于17Hz，解耦率一般大于70%，個別重要模態解耦率希望達到90%，這樣匯總如下表所示：
同時，考慮到車在實際運行中存在急剎碰撞等工況，在前進方向有較大加速度，所以，懸置的設計還應該保證其在X向的懸置剛度足夠大，否則，動力總成會碰撞到其他部件。
概念設計階段，就依據以上一些基本邊界條件進行懸置的剛度設計。這是時候做了大量問題的簡化：動力總成簡化成質量和慣性的剛體，懸置為XYZ三向剛度的六自由度-懸置系統的解耦問題，使用優化算法，對懸置的剛度，坐標位置進行優化，達到解耦的目的，這一過程一般采用MATLAB編程優化解決。這方面的建模計算，程序設計以及工程應用，已經有很成熟。
展開 具體來講，即BIW的模態、TrimBody的模態、車體接附點的動剛度、車體的傳遞函數（VTF/NTF），以及整車模態路躁等解析項目。設定相關的模態、動剛度以及傳涵目標，或者直接在進行整車虛擬仿真分析評判，最終達到整車的NVH目標。各目標的設定邏輯以及評判的方法手段，國內各主機廠各有不同。大致來說，即根據整車的振動噪聲目標，分解到TrimBody級別的傳涵、接附點動剛度目標，再向下分解到各個子系統目標，例如方向盤模態目標、BIW模態目標、座椅模態目標等等。根據相關理論，TrimBody接附點的力乘以其到響應點的傳涵，即為一條路徑的響應大小，把所有路徑的響應求和，即得到整車振動噪聲的預估值。那么，給傳遞函數目標設定，以及如何評價傳涵就變得非常重要了。
總所周知，車體與底盤接附點較多。常見的底盤類型有：前麥弗遜懸架+后扭力梁懸架結構，這種在家庭用三廂車上比較常見。另一種為前麥弗遜懸架+后多連桿懸架，或者前麥弗遜懸架+后雙叉臂懸架，這種懸架構造在許多SUV上比較常見。不管哪種懸架，其與底盤的接附點都能到20個以上。拿NTF（Noise transfer function）來說，一共22個接附點，每個接附點3個激勵方向，有4個聲腔響應點，那么整體的傳涵數量有：22×3×4=264。傳涵分析的目的，就是從這近300條的傳涵中判斷車體的風險點，并進行優化。這是一項非常有挑戰性的工作。如何為這些傳涵劃分目標曲線，如何具體去評價這些傳遞函數，都非常的考驗每一個NVH-CAE工程師。
那么，怎樣才能從如此之多的曲線中得到整車振動噪聲的風險點呢？根據我的一些經驗，可以從以下幾個方面來考慮：
展開 例如整車振動路躁的優化和對標，尤其是針對底盤結構的優化，就需要把整個TB+cavity建成超單元，之前需要花上3h計算的任務可能只需要10min。
1 外部超單元優點
超單元的種類分為3個：List Superelements，PART Superelements和External superelements，前兩種應用的較少，大多數使用的還是第三種：外部超單元。其有以下幾個優點：
縮減的矩陣可以連接到外部殘留結構，并且保持完整結構一樣的特性；
外部超單元可以很容易的以很高時間效率被使用，極大的縮短了計算時間；
使用外部超單元，可以把材料、屬性和結構等設計信息進行保密；
外部超單元可以做到不恢復數據的情況下對某些關鍵結果進行評價審核；
外部超單元文件客戶很方便的在各個設計組織中傳遞；
2 如何創建外部超單元
創建外部超單元當然少不了EXTSEOUT關鍵字：
在計算文件中寫入該關鍵字，即默認把結構的剛度矩陣、質量矩陣、粘性阻尼矩陣、結構阻尼矩陣、靜態載荷矩陣和流固耦合矩存儲到外部文件中，默認存儲的外部文件是MASTER和DBALL格式文件中，當然，你也可以選擇把這些信息存儲到op2、punch或者op4文件中，存儲的文件格式不同，數據恢復也不一樣，但大體類似。以下以存儲到MASTER和DBALL文件中的為例，簡單闡述創建外部超單元的方法。
2.1 首先在NASTRAN控制設置SCR=NO
現在計算機為了計算之后騰出空間，一般設置成SCR=YES，即計算之后把MASTER和DBALL文件刪除，但刪除了即無從數據恢復了，所以這兩個文件必須在計算之后留下來，SCR=NO即可。
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之前文章介紹過，為什么我們要做虛擬路譜的整車路躁仿真，這次就來講講做這個仿真，需要攻克的核心技術有哪些。虛擬路譜激勵的整車路躁仿真，首先激勵源是路面不平度，直接加載到整車模型的輪胎footprint點，提取人耳處的聲壓響應和方向盤、座椅等位置的振動加速度響應。所以，要完成這一整套的仿真分析后處理過程，有以下幾個技術難點。
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。
例如整車振動路躁的優化和對標，尤其是針對底盤結構的優化，就需要把整個TB+cavity建成超單元，之前需要花上3h計算的任務可能只需要10min。
1 外部超單元優點
超單元的種類分為3個：List Superelements，PART Superelements和External superelements，前兩種應用的較少，大多數使用的還是第三種：外部超單元。
具體來講，即BIW的模態、TrimBody的模態、車體接附點的動剛度、車體的傳遞函數（VTF/NTF），以及整車模態路躁等解析項目。設定相關的模態、動剛度以及傳涵目標，或者直接在進行整車虛擬仿真分析評判，最終達到整車的NVH目標。各目標的設定邏輯以及評判的方法手段，國內各主機廠各有不同。
以傳統的燃油車為思考點，參考一些文章，主要有一下幾點：
動力總成剛體模態頻率需要和發動機怠速頻率達到隔振目的，依據隔振理論，這部分關系為：動力總成剛體頻率/怠速模態頻率=1/√2；
動力總成是剛體模態中的Lateral模態容易與Roll模態耦合，需要相互避開；
考慮整車路躁，動力總成是剛體模態中的Bounce模態應該與前懸的上下同步跳動HOP模態避開；
動力總成是剛體模態中的
