10.16638/jki.1671-7988.2021.011.032
关键参数对整车VPG路噪的影响研究
吴渊，高丰岭，梁荣亮
（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津300300）
摘要：胎压和车速直接影响轮胎的力学性能，而轮胎作为路噪传递中的重要一环，与整车驾乘感受有强关联性。文章通过仿真的方式，以实采的试验场NVH路面高程信息作为路面激励，基于CDTire轮胎模型与声固耦合模型在NVHD平台搭建整车VPG路噪仿真工况探究不同胎压和车速下整车路面振动噪声的响应规律。通过某款SUV 的仿真结果表明，随着胎压和车速的增加，车内噪声和振动有变差的趋势。
关键词：胎压；车速；路噪；CDTire
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)11-101-04
Research on the Influence of Boundary Conditions on VPG Vehicle Road Noise
Wu Yuan, Gao Fengling, Liang Rongliang
( CATARC Automotive Test Center (Tianjin) Co., Ltd., Tianjin 300300）
Abstract:Tire pressure and speed directly affect the mechanical properties of tires, and tires, as an important part of road noise transmission, have a strong correlation with vehicle driving experience. By means of simulation, the paper takes the NVH road elevation information of the actual test field as the road excitation, and based on CDTire model and the acousto-solid coupling model, the paper explores the response law of the road vibration and noise of the vehicle under different tire pressures and vehicle speeds under the simulation conditions of VPG road noise of the vehicle built on the NVHD platform. The simulation results of a certain SUV show that with the increase of tire pressure and speed, the interior noise and vibration tend to become worse.
Keywords: Tire pressure; Speed; Road noise; CDTire
CLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)11-101-04
1 引言
随着汽车市场的蓬勃发展，消费者不只满足于汽车当前的行驶功能，开始更多地关注汽车的NVH性能，
并把NVH 性能作为衡量汽车品质的关键因素。在汽车行驶过程中，路噪是车内主要的噪声源之一，直接影响了车内人员的驾驶感受。路噪可分为空气传播噪声和结构传播噪声，结构路噪的主要传递路径是路面激励经过轮胎传递到底盘再经悬架传递到车身激起钣金辐射噪声，噪声通过声腔传到人耳形成[1-2]。轮胎作为路噪传递路径中的一环，占有重要的作用。胎压是轮胎运行的重要参数，车速也直接影响了轮胎的力学特性，因此通过研究胎压及车速对整车路噪的影响规律有助于深入挖掘轮胎的整车NVH匹配性[3-5]。
为提升研究效率，本文采用VPG技术开展工作。基于Hyperwoks中的NVHD平台及CDTire轮胎模型搭建整车声固耦合仿真模型，通过采集路面高程信息作为路面激励进行整车路噪分析，探讨胎压及车速对整车路噪的影响。
作者简介：吴渊，男，学士，助理工程师，就职于中汽研汽车检验
中心（天津）有限公司，主要研究方向为汽车振动噪声仿真。
101
汽车实用技术
102 2 整车VPG 路面振动噪声仿真
2.1 CDTire 轮胎模型
本文对某厂205/50 R 17型号轮胎进行CDTire 建模。获取一个用于路噪仿真的CDTire 轮胎模型，需要对轮胎进行断面扫描得到断面结构信息（图1），基于CDTire/PI 平台进行断面几何建模（图2）。
图1 轮胎断面几何图
图2 几何建模结果
为了全面反映轮胎的综合性能，需要对轮胎做一系列的性能测试，而后基于CDTire/PI 软件通过仿真与测试结果对比反求轮胎参数生成用于整车路噪分析的CDT50文件。图3为部分工况下的测试和仿真曲线，曲线的高度吻合表明CDTire 具有很高的轮胎力学特性描述能力，能够满足整车路噪仿真要求[6]。
a ）扭转刚度仿真曲线
b ）侧向滑移仿真曲线
c ）动态过凸块仿真曲线
图3 部分工况辨识结果
2.2 路面激励
结合国内实际中常用路面类型，文中以粗糙沥青路作为测试路面，通过激光传感器获取路面不平度数据（图4），经过快速傅里叶变换（FFT ）转为空间频率谱S （），由下式转为时间频率谱S （f ）作为轮胎接地点的路面位移载荷[7-8]。时间频率谱如图5所示。
（1）
式中：f 为时间频率，为空间频率。
图4 路面不平度
图5 时间频率路面功率谱密度
2.3 整车建模与路噪仿真
在Hyperworks 的NVHD 平台下对CDT50轮胎模型文件线性化，生成含有节点、显示单元、轮胎基本信息的fem 文件及h3d 文件，其中h3d 文件包含用于路噪分析计算的刚度、阻尼、质量矩阵。结合某SUV 整车结构，搭建用于路面振动噪声分析的整车声固耦合仿真模型（图6）。
定义驾驶员外耳、方向盘12点方向、驾驶员座椅导轨右后安装点为响应点，对应输出声压级和振动加速度。
吴渊 等：关键参数对整车VPG 路噪的影响研究
轮胎参数
103
图6 整车声固耦合模型
3 关键参数对路噪的影响
3.1 胎压对路噪的影响
考虑到常用胎压的适用范围，文中以胎压2.0bar~2.5bar 作为分析变量，保持车速60km/h 不变，以0.1bar 作为增长，分析6组胎压下的路噪，结果如图7所示。
a ）驾驶员外耳声压级
b ）方向盘12点三向合振动加速度
c ）驾驶员座椅导轨右后安装点三向合振动加速度
图7 不同胎压下轮胎路噪响应
可以看出，胎压的变化对路面噪声振动在中高频都有影响，特别是在150Hz~200Hz 频率范围，胎压对噪声影响较大。不同胎压下某些频率点对应的噪声声压级如表1所示。
表1 驾驶员外耳噪声峰值
由表中数据得到59Hz 处噪声差异达到了3dB ，整体来看中低频范围下2.3bar 的胎压路面噪声最大，150Hz 以后，胎压和噪声值呈正相关关系。
表2 噪声、3向振动响应RMS 值
表2中统计了不同胎压下对应的全频段噪声和振动的均方根值。可以看出，胎压的变化对振动影响较小，但随着胎压增加噪声有增大的趋势。 3.2 车速对路噪的影响
a ）驾驶员外耳声压级
b ）方向盘12点三向合振动加速度
c ）驾驶员座椅导轨右后安装点三向合振动加速度
图8 不同车速下轮胎路噪响应
汽车实用技术
104保持胎压为参考胎压 2.3bar，分析50km/h、70km/h、
90km/h、110km/h几个代表性车速下的路噪响应，结果如图8所示。
由图可知，车速的变化对路噪在分析频率范围内都有影响，特别是在150Hz~200Hz频率范围，车速对噪声影响较大。不同车速下某些频率点对应的噪声声压级如表3所示。
表3 驾驶员外耳噪声峰值
从表中可以看出，119Hz处噪声差异达到了4.3dB（A）。和胎压影响一致，在150Hz~200Hz频率范围影响较大，在150Hz以后，车速和噪声呈正相关关系。
表4 噪声、3向振动响应RMS值
表4中统计了不同车速下对应的全频段噪声和振动的均方根值。从表中的均方根数据可以得到，驾驶员外耳噪声和方向盘振动随着车速的增大而增大，驾驶员座椅右后安装点处影响较小，但趋势也是呈正相关关系。
4 结束与展望
本文在CDTire轮胎模型基础上搭建了整车声固耦合模型，采用VPG技术创建整车路噪仿真工况，探究不同车速及胎压对于整车NVH的影响。研究表明，随着胎压和车速的增大，路面激励引起的噪声和振动均会变差，在150-200Hz 的中高频段更为明显。
参考文献
[1] 徐中明，周小林，贺岩松，等.符合人耳听觉特性的车内异常噪声分
析[J].汽车工程学报,2012,2(03):179-183.
[2] 沈阳，黄元毅，梁静强，等.路面谱激励整车噪声分析流程开发研究
[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2019,38(07),119-125.
[3] 辛运，谢伟忠，罗泽敏.轮胎胎压对整车性能的影响[J].汽车实用技
术,2019,(01):82-84.
[4] 夏良志.轮胎气压与滚动阻力，半径的研究[J].汽车实用技术,2018,
(15):117-118.
[5] 熊冉.轮胎均匀性引发轮胎振动噪声的研究[J].汽车实用技术,
2019,(23):97-100.
[6] Stefan Uhlar, Florian Heyder & Thomas König.Assessment of two
physical tyre models in relation to their NVH performance up to 300 Hz.[J].International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility, 2019,1744-5159.
[7] 杜峰，葛晓成，陈翔，等.路面功率谱密度换算及不平度建模理论研
究[J].振动､测试与诊断,2015,35(05):981-986.
[8] 曲啸天，赵强，赵吉业，等.基于实测不平度的路面等级分析与评价
[J].中外公路,2019,(01):40-45.
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