西门子工程咨询服务团队解决方案之滚动状态轮胎NVH特性识别及应用

在前面文章“基于台架测试传函的NVH有限元轮胎”中介绍了通过搭建轮胎台架实验获取静态预载下的轮胎传递特性，进而对标修正轮胎有限元模型，成功将真实预载状态下轮胎传递特性引入仿真模型中。本文将基于西门子工程咨询前沿研究及新技术应用等，对考虑滚动影响的轮胎NVH特性识别及应用进行综合阐述。

我们知道，不论是载荷识别还是整车的性能预测，均需要引入整车耦合传函，轮胎的动态模态振型分析等，这些特性应表征并真实反映运行工况下的系统特性，尤其是对路噪工况。研究表明[1]，与静置状态轮胎特性对比，轮胎的动态特性会影响其非线性特征，包括材料属性，模态及振型特征，从而带来对整体性能的影响，因此轮胎的动态特性不容忽视。

01考虑轮胎滚动影响的整车耦合传函测试

系统耦合传函不仅受限于静态结构特征，西门子工程咨询采用运行工况下对整车传函进行测试，从而充分考虑轮胎转动对系统传递特性的影响。图中红色曲线为实测车内噪声，黑色曲线为基于静置预载状态获取的轮心到车内的传函，通过TPA拟合预测的车内噪声，蓝色曲线噪声考虑了低频段动态传函特性的影响，使得车内噪声预测得以很好的修正[1]。低频动态特性的引入需结合动态、静态测试对传函进行分析及合并，能够较真实的反映实际情况，但对试验及数据处理的要求相对较高。

02基于FBS Decoupling方法的滚动状态轮胎传函提取

目前，西门子工程咨询正在进行的比较前沿的一套应用研究：基于FBS Decoupling（频域动态子结构分解）的方法来提取轮胎动态传函；对于FBS方法（频域子结构方法），大家应该都不陌生，FBS通过将一系列简单独立的动态子结构特性进行组合装配，从而拟合获得整个复杂装配体的系统特性。

近些年，面临解决诸如如何从一个装配体中反向提取某个子结构的特性之类的问题时，比如整车运行状态下的轮胎自身动态特性的获取，我们知道这是很难直接通过测试手段获取的，因此FBS Decoupling的方法便应运而生。如下图示意，首先获取整车耦合状态下动态特性；然后移除目标轮胎，构建及测试车身结构传递特性；已知整车AB及车身A动态特性，通过FBS Decoupling的方法，从整车AB中剥离车身A的动态特性后，一个独立运行轮胎B的动态特性就与车身A完全解耦，目前西门子工程咨询针对轮胎的FBS Decoupling的研究及应用已处在领先水平。

下图示例蓝色曲线为带预载且不同运行车速下的轮胎动态传函特性（通过FBS Decoupling方法获取），随着车速的增加，255Hz左右的峰值被分离，当车速达到60kmph，动态特性已经大幅改变，不仅峰值间距拉开，且呈现一定的反相位特性，与静态特性相比，轮胎滚动运行状态带来的影响就很好体现，这为轮胎自身动态特性研究提供强有力的支撑。

03基于CTPA的不变载荷识别（基于动态传函+动态响应）

关于CTPA大家已经不陌生了，为了精准获取可靠路面与轮胎相互作用的不变表征，引入blocked force，因不变载荷相关的获取方法在公众号里的其他文章里面已经有过详细阐述，在此不做赘述。结合前述所获取的动态传函及运行工况响应，轮胎相关的不变载荷将更加真实反映实际情况。

左图左侧interface forces是基于实车识别的轮心接触力，图中可以看出四条轮胎对应的轮心接触载荷存在一定的差异，这是因为接触力受边界条件影响较大。当切换到左图右侧的blocked forces，由于四条相同的轮胎在相同的路面运行，其对应的不变载荷只与轮胎本身及路面特征相关，因此图中四条曲线呈现高度的一致性。

右图呈现的是为goodyear轮胎实施的一个实际应用案例，图中圈出曲线是通过轮胎台架试验的方法获取的不变载荷，该方法可以很好的剥离轮胎台架的影响，从而获得轮心真实的不变载荷。基于该不变载荷以及由01或02的方法获取的到车内目标点的耦合传函，构建TPA/VPA模型，右侧车内噪声预测曲线中可以看出，车内噪声的预测更加精准，与实测结果吻合较好。

04滚动状态轮胎OMA&ODS测试与分析

除上述与CTPA息息相关的一些测试分析，西门子工程咨询对轮胎自身的静态模态、动态模态、动态变形等均有很好的测试及分析解决方案。如下图所示，轮胎旋转运行状态下，通过激光测振及数字成像相关等方法，获取运行工况下的模态振型及变形。相比静态工况，模态频率，振动形态，相位等呈现出一定差异，这些差异主要来自预载、胎压、声固耦合、转动特性、车速等影响。

05考虑动态特性影响的NVH轮胎模型优化更新

Simcenter平台支持多软件联合优化，可以将试验仿真解决方案有效结合。如下图所示某轮胎模型建模优化及流程，从基于实物的自动网格生成，到结合Heeds的多参数多目标优化，再到整车集成分析（CTPA、VPA等方案的仿真测试应用）。将诸如动态工况下模态振型，传递特性有效整合入轮胎虚拟模型中。

06总结

通过以上基于轮胎动态特性相关案例展示，我们相信获取及分析轮胎的动态特性已不再成为难事，当然轮胎动态NVH特性只是在众多领域中的冰山一角，西门子工业软件能够提供多领域多功能的软硬件平台，与时俱进领先科技前沿的工程咨询解决方案，为良好的产品质量保驾护航。

参考文献：

[1]  Jesús Ortega Almir´on , Fabio Bianciardi, Patrick Corbeels, Nicola Pieroni, Peter Kindt, Wim Desmet，Vehicle road noise prediction using component-based transfer path analysis from tire test-rig measurements on a rolling tire