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轮胎模态是怎么影响整车NVH性能的？
2020-11-23 22:39:19· 来源：误入CAE的程序员 作者：朱淑强
如果按照理论来讲，没有一个长篇是讲不清楚的，其中不乏模态耦合、传递路径分析、声振耦合等等，长篇大论固然是好的，搞几篇论文，放到那期刊杂志的高头讲章还不
如果按照理论来讲，没有一个长篇是讲不清楚的，其中不乏模态耦合、传递路径分析、声振耦合等等，长篇大论固然是好的，搞几篇论文，放到那期刊杂志的高头讲章还不错，但作为追求短平快的当代消遣娱乐非正式的微信公众号，一大块的理论和公式没人愿意看。在企业主要为工程应用，那就从具体的案例剖析来初探这个问题。
案例：轮胎模态对整车方向盘振动的影响
如上图所示，整车的粗糙路面仿真结果，在方向盘Y向上在40Hz频率上响应出现峰值，并且超过目标线。接下来就是对该峰值进行问题诊断，通过模态贡献量分析发现，整车下方向盘Y向模态39.5Hz为最大贡献模态。
很显然，根据传递路径，当路面的激励传递到车身，由于方向盘在39.5Hz存在Y向模态，造成方向盘Y向出现峰值，并且超过目标线。按照传统的方法，问题的要因似乎找到了，即转向管柱的Y向刚度不足，造成振动响应峰值偏大，即提高转向管柱刚度，该峰值即可下降。但有经验的可能会发现，随着你提高转向管柱刚度、方向盘Y向模态也会上升，方向盘Y向振动响应峰值并不会下降，只是峰值的频率开始往后移了。那问题出现了：该峰值确实是由于方向盘模态造成的（模态上升，峰值移频），但不好解决！
我们观察该模态，发现悬架系统，或者说轮胎在该频率下有很大的振幅，依据传递路径分析，会不会是路面的激励通过轮胎的作用（或者说轮胎组成的悬架）而放大了？仔细研究，轮胎（有预载，无装配）模态为47.8Hz，当装配到整车上之后，该轮胎模态变成39.5Hz。
换种思路，如果轮胎单体没有47.8Hz上的模态，即整车下轮胎的模态也不会有39.5Hz，那这样改变轮胎的模态，会对整车振动响应有影响么？实车上可能很难做到，但在仿真领域，使用特殊的手段来改变轮胎的模态，完全可行。我们准备了3个case，分别为去除该轮胎单体模态、降低该轮胎单体模态、升高该轮胎单体模态，研究对整车振动响应的影响。
case1：轮胎没有该阶模态
去除轮胎单体模态47.8Hz后，整车下方向盘的振动响应在40Hz峰值消失，整体的响应幅值也大幅下降，达成目标。
case2：轮胎该阶模态从47.8→35Hz
轮胎单体模态47.8→35Hz后，整车下方向盘的振动响应在40Hz峰值消失，整体的响应幅值也大幅下降，但下降幅度不如case1，达成目标。
case3：轮胎该阶模态从47.8→60Hz
轮胎单体模态47.8→60Hz后，整车下方向盘的振动响应在40Hz峰值消失，在40Hz附近响应幅值也大幅下降，但在大概46Hz附近出现新的幅值，且远远大于目标线。
这件事情其实很奇怪。当我们没有将轮胎模态囊括进我们的研究范围，我们大部分的做法都是觉得该峰值是由于方向盘的模态造成的（事实也确实如此，改变方向盘模态，出现移频现象），但当我们改变轮胎的模态时，峰值是直接消失或者移频的，似乎又是由于轮胎模态造成的。我分析这两个结论，其实都是对的，方向盘的模态、轮胎的模态都是要因，说模态耦合也是一种解释，但通过分析终归还是由于轮胎的模态造成的，并且改变轮胎的模态对该峰值的下降受益实在是太大了！
分析归分析，研究问题有研究问题的手段和方法，放到实际应用就要考虑现实问题了：实际上当我们设计轮胎的时候，我们可以做到让轮胎的模态分布按照我们的想法来实现么？很显然，现阶段几乎还做不到。那么，替换一个轮胎是不是就可以了？
如下图所示，新旧轮胎的模态对比，两个轮胎的模态频率有一些不同，但不会相差太大。
该轮胎替换之后整车响应如下图所示。我们看到，40Hz频率下的峰值有一些下降，但还未OK，32Hz的峰值倒是OK了，但45Hz样子出现新的峰值，总体来说，替换轮胎后，有好有坏，这也符合现实中我们替换轮胎，由此可见，替换轮胎并不确保能完全解决某一个问题，对替换之后的结果，是不可预见的，这不是一个最终的解决方案。
由此可见，整车NVH性能的达成过程中，目前现阶段还不能做到设计轮胎来完全匹配车身。当车身已经设计完成后，更多的是筛选轮胎，不断调试，来获得最佳的匹配设计，我们做的一些仿真研究工作，也恰好证明了这一点。
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