車輪模態
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-23
車輪模態的實例教程
模態分析與試驗是其中關鍵技術之一，通過模態試驗分析，得到產品結構的模態參數，可為結構設計部門進行結構系統的振動特性分析、結構動力特性優化設計和修改提供準確的參數依據和方向。
輪轂是汽車運動的重要部件，在行駛過程中，承受來自路面不同幅值、不同頻率的激勵以及動力系統傳遞到輪轂的各種激勵，從而引起輪轂不同形態的變形。其性能的優劣將直接關系到汽車的操縱穩定性、行駛安全性和乘坐舒適性等，而當動態變形波動的次數累積到某一個固定值，就會造成材料的永久變形和疲勞裂紋，繼而導致永久失效。
圖1 輪轂
從結構疲勞的角度來看，在輪轂設計時應盡量避免因其固有頻率與其它系統共振引起的失效和乘車舒適性不佳的問題；從噪聲振動傳遞特性的角度來看，汽車在行駛過程中，路面激勵首先作用到輪胎上，再由輪轂傳遞到輪輻，進而通過懸架傳遞到車內，所以輪輻和輪轂之間的傳遞特性是整條傳遞路徑中關鍵的一環，因此獲得并優化車胎的傳遞特性，可有效的消除車內的振動噪音。
另一方面，輪轂的側向剛度也是影響車內噪音和振動的關鍵參數，側向剛度越大，車輪抵抗變形的能力越強，其大小也決定著輪胎的隔振性能。同時，這些關鍵參數之間相互影響，因此準確地獲得這些試驗參數，分析輪轂的振動噪音特性，為最終輪轂的設計、優化提供可靠的試驗依據，并能有效地解決汽車的振動噪聲問題，改善乘車舒適性。
2 應用案例
東風汽車采用漢航Hunter Box硬件和NTS.LAB模態測試分析及輪胎力傳遞率和側向剛度分析軟件，通過試驗方法獲取結構的模態信息、力傳遞率及剛度參數，并與有限元結果進行對比，從而驗證有限元模型的準確性以及可供優化設計的方向。
2.1 車輪模態試驗分析
輪轂的約束條件一般有：自由懸掛和柔性支撐。
展開 NVH用的NASTRAN模態輪胎建模和耐久與操控用的ADAMS輪胎建模詳見輪胎建模（ 1.5 Tire）。注意NASTRAN模態輪胎只能用于NVH分析，不要試圖轉換成MNF柔性體在ADAMS下用于耐久與操控分析，因為輪胎的狀態不一樣。
整車路噪之所以屬于隨機分析，原因就是行駛時輸入路面不平度數據的隨機性，其數據處理方式是基于隨機振動中載荷譜功率譜密度（Power Spetral Density）理論，將路面掃描的時域數據轉換為分析用的頻域PSD數據如下所示：
模態輪胎之所以加上模態，原因是輪胎NVH模型的生成是基于純滾動并加載狀態下輪胎的模態分析結果，滾動輪胎（輪荷4000N、輪胎型號205/55R16）在不同車速（0/60/100 kph）下模態測試結果示例如下圖：
整車路噪傳遞路徑分析模型示意圖如下：
傳遞路徑計算公式如下：
由此可知，可以從激勵源—路徑—響應這三個方面入手進行優化，具體到整車路噪分析就是：
1、激勵源—路面/輪胎/底盤：
對于路面，選擇專用于路噪測試的光滑和粗糙兩種路面，即路面標準等級為A~B級。
粗糙路面如下圖所示：
對于輪胎，要控制路面到輪心（軸頭）的峰值頻率（車輪模態與輪胎聲腔模態）和不同頻率段傳遞率。注意此時輪胎是純滾動并加載狀態（即整車行駛時輪胎的實際狀態），不是靜止或自由狀態。
2、路徑—接附點：
對于底盤，要控制輪心（軸頭）到接附點的峰值頻率（副車架模態與懸架模態）和傳遞率。
對于底盤與車身之間的接附點，要控制關鍵路徑（即正負貢獻量在前的）的襯套剛度與接附點動剛度。
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2.1 車輪模態試驗分析
輪轂的約束條件一般有：自由懸掛和柔性支撐。由于模態測試主要測量輪轂的固有特性，因此在模態測試中采用自由懸掛方式，利用彈性繩將輪轂懸掛起來，模態測試如圖2所示。
圖2 自由懸掛的輪轂
在進行模態測試前，需要建立試驗模態模型，并以點線面的形式描繪輪轂形狀。
粗糙路面如下圖所示：
對于輪胎，要控制路面到輪心（軸頭）的峰值頻率（車輪模態與輪胎聲腔模態）和不同頻率段傳遞率。注意此時輪胎是純滾動并加載狀態（即整車行駛時輪胎的實際狀態），不是靜止或自由狀態。
2、路徑—接附點：
對于底盤，要控制輪心（軸頭）到接附點的峰值頻率（副車架模態與懸架模態）和傳遞率。
