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汽车研发：路噪之拓扑优化重点
一、背景
随着新时代新能源汽车的快速崛起，路噪问题在汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness）中显得越来越重要，也越来越受到顾客的关注，有时候直接影响顾客的购买欲望和意愿，进而直接影响销量和市场占有率。路噪从字面上讲就是路面噪声，表明与路面的特征和道路结构相关，不同的路面对路噪的影响程度各不相同。通常用于研究和评价汽车路噪性能的路面主要有三种，分别是光滑沥青路面、粗糙沥青路面和水泥路面，其中粗糙沥青路面实际情况相对较多。
从路噪的产生机理来看，路噪能否通过仿真手段来解决，有没有好的解决路噪问题的方法？本文作者通过总结和梳理多年的整车NVH仿真及开发经验，总结出一套非常全面的路噪仿真开发解决方案，涉及路噪仿真方法的梳理、每一种仿真方法的保姆级教程以及不同的路噪优化方法和实战技巧。本文作者梳理的全网首套路噪仿真解决视频课程主要目录及内容整体见附页。
1、通过梳理和总结路噪仿真方法，如采用路面载荷谱（或VPG）加载，可以考虑轮胎结构的特性（如轮胎的模态、刚度、传递率等）。路面谱的建模方法及数据技巧，以及基于路面的整车路噪仿真建模及分析；采用基于路面谱的不同仿真方法的结果对比如图4所示，如通过将计算得到传递函数的模进行平方，然后再与路面PSD相乘，得到响应处的的PSD谱，再进行FFT转换，即可得到响应。
笔者总结出当前主流的路噪仿真方法如下，更详细内容请点击阅读原文，欢迎大家一起交流。
1、通过梳理和总结路噪仿真方法，如采用路面载荷谱（或VPG）加载，可以考虑轮胎结构的特性（如轮胎的模态、刚度、传递率等）。路面谱的建模方法及数据技巧，以及基于路面的整车路噪仿真建模及分析；采用基于路面谱的不同仿真方法的结果对比如图5所示，如通过将计算得到传递函数的模进行平方，然后再与路面PSD相乘，得到响应处的的PSD谱，再进行FFT转换，即可得到响应。
图1基于虚拟路面谱的两种路噪方法结果对比
2、基于轮心力的整车路噪仿真，可以暂时不考虑前期无法获得的复杂轮胎模型，也不用轮胎对进行建模、对标、降阶及转换。通过轮心力的分析同样可以得到所关注的整车路噪问题。同时也可以进行传递路径分析，找到关注问题频率的关键贡献，如路径、安装点刚度、传递函数等，如图6和图7所示。
图2基于轮心力的整车路噪仿真
3、基于Testlab的整车路噪仿真，可以快速的进行载荷识别及传递路径分析，通过传递路径分析，同样可以找到关注问题频率的关键贡献，如路径、安装点刚度、传递函数等，如图8所示。
图3基于Testlab的整车路噪建模及传递路径分析
二、拓扑优化理论
拓扑优化设计是在给定材料品质和设计域内，通过优化设计方法可得到满足约束条件又使目标函数最优的结构布局形式及构件尺寸。如图8和图9分别是某汽车下摆臂的拓扑优化前后结果对比图。常见的优化流程图如图10所示，其中拓扑优化通常在前期开展相关工作。
图4 常见的优化流程图
图5下摆臂拓扑优化的设计与非设计区域
图6下摆臂拓扑优化结果
三、拓扑优化实战
背景：某车身后减震器安装点Y向动刚度在163Hz有较大峰值，进而导致NTF及路噪较差。
图7某车后减震Y向动刚度及NTF基础结果
图8拓扑模型建立
单元密度：将每个单元的“单元密度”作为设计变量，在0~1之间连续取值，优化后单元密度为1表示该单元处的材料很重要，为于0表示该单元位置处的材料不重要。
理想状态：所有网格密度只有“1”和“0”两个值。
控制参数：通过设置离散度参数DISCRETE，减少单元密度在0~1之间的数量。值越高，介于0~1之间的单元越少。（默认：shell为“1” ，solid为“2”。）
图9 取参数CurrentValue: to 0.3
图10 取参数CurrentValue: to 0.1
图11 拓扑优化模型，结合制造工艺得到最终拓扑模型并进行验证
图12 动刚度拓扑优化结果验证
图13 NTF拓扑优化结果验证
图14 整车路噪拓扑优化结果验证
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