某乘用車輪胎系統NVH性能仿真與試驗研究

殷崇信

摘 要：輪胎是汽車重要的安全零部件，汽車通過它與地面進行接觸，傳遞驅動力、制動力和轉向力，對整車綜合結構性能有重要影響，文章針對某SUV三種輪胎方案進行了 CAE模態分析然后進行了臺架強NVH測試，CAE分析和試驗結果表明，兩個輪胎優化方案NVH性能滿足目標要求。

關鍵詞：乘用車;輪胎;NVH性能

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-181-03

Simulation and experimental study on NVH performance of

a passenger car tire system

Yin Chongxin

（ Product Development & Technical Center， JiangLing Motors Co， Ltd， Jiangxi Nanchang 330001 ）

Abstract： Tire is an important safety part of automobile. Through it， the vehicle contacts with the ground to transmit driving force， braking force and steering force， which has an important impact on the overall structural performance of the vehicle. This paper presents three tire schemes for a SUV CAE modal analysis and test results show that the NVH performance of the two tire optimization schemes meets the target requirements.

Keywords： Passenger car; Tire; NVH performance

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-181-03

引言

隨著國家經濟高速發展，人民的生活水平日益提高，乘用車尤其SUV銷量也得到快速發展，與此同時，人們對于SUV的舒適性和NVH品質要求也越來越高。輪胎是汽車重要的安全零部件，汽車通過它與地面進行接觸，傳遞驅動力、制動力和轉向力，影響著整車的NVH性能、整車舒適性和操縱穩定性，良好的聲腔模態和聲壓水平對輪胎NVH性能有著重要的影響[1-4]，故研究輪胎NVH性能具有重要的價值和意義。

本文研究源于某新平臺SUV需開發新的輪胎系統，需確保其NVH性能滿足設計目標要求，通過有限元方法，基于Hyperworks軟件，對某城市型SUV三種方案輪胎系統進行了模態CAE分析，同時結合NVH測試試驗，進行了聲壓級測試，CAE分析結果和測試結果表明兩款優化方案輪胎NVH提升效果顯著，滿足設計目標要求。

1 輪胎系統CAE聲腔模態對比分析

1.1 模態分析理論

結構系統固有模態頻率及振型是分析結構振動特性基礎，通過模態分析可確定結構的振動特性[5]。

輪胎的振動方程為[5]：

（1）

式（1）中，[M]為結構總質量矩陣;C為阻尼矩陣;[K]為總剛度矩陣;為加速度向量;{q}為位移向量。

1.2 輪胎有限元模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某乘用車輪胎系統進行了建模，網格大小為3mm，空氣流速為340000mm/s，有限元模型如圖1。

1.3 輪胎CAE聲腔模態分析

本文分析了三種狀態下的輪胎聲腔模態，分別提取前三階模態，圖2為基礎方案輪胎（半徑為R19英寸）聲腔模態分析結果，第1階模態頻率為180.8Hz，第2階模態頻率為361.4Hz，第3階模態頻率為541.4Hz。

本文對優化方案Opt1輪胎（半徑為R19英寸，材質A）進行了聲腔模態分析，得到圖3分析結果，其中第1階模態頻率為185.7Hz，第2階模態頻率為370.7Hz，第3階模態頻率為554.2Hz。

本文對優化方案Opt2輪胎（半徑為R19英寸，材質B）進行了聲腔模態分析，得到圖4的CAE分析結果，其中第1階模態頻率為181.2Hz，第2階模態頻率為361.9Hz，第3階模態頻率為541.7Hz，匯總結果如表1，結果顯示，兩個優化方案模態頻率值得到改善提升。

2 輪胎NVH性能試驗對標分析

本文對某乘用車三種方案輪胎進行了NVH性能對比測試試驗，對每種方案進行了光滑瀝青路面、粗糙瀝青路面和水泥路面下的輪胎噪聲聲壓測試，圖5為基礎方案與優化方案Opt1對比測試結果，結果顯示優化方案Opt1在光滑瀝青和水泥路面較基礎輪胎聲壓較小，有改善，而在粗糙路面，優化方案Opt1聲壓級別與基礎方案處于同一水平。

Opt2對比測試結果，結果顯示優化方案Opt2在粗糙瀝青和水泥路面較基礎輪胎聲壓較小，有改善，而在光滑路面，優化方案Opt2聲壓級別與基礎方案處于同一水平。

3 結論

本文通過有限元方法，基于Hyperworks軟件，對某城市型SUV三種方案輪胎系統進行了模態CAE分析，同時結合NVH測試試驗，進行了聲壓級測試，CAE分析結果和測試結果表明兩款優化方案輪胎NVH提升效果顯著，滿足設計目標要求。

參考文獻

[1] 陳其忠.輪胎結構設計對輪胎性能影響的研究[D].山東：青島理工大學2018.

[2] 鄭璐.轎車子午線輪胎NVH性能影響因素的研究[J].輪胎工業， 2020，10（1）：18-21.

[3] 凌子紅.乘用車車內噪聲源識別與綜合治理技術研究[D].陜西：長安大學，2017.

[4] 周玲.乘用車噪聲問題及其降低方法的研究[D].江西：南昌大學， 2019.

[5] 黃民中.汽車覆蓋件沖壓成形非線性有限元仿真分析[D].湖南：湖南大學，2010.