CN107292034A - 基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法和系统，所述仿真分析方法包括步骤：设置左前轮、右前轮、左后轮、右后轮路面不平度和待分析工况车速，计算原始工况路面PSD，计算待分析工况路面PSD以及将待分析工况路面PSD加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件；所述仿真分析系统是在Hyperworks平台上进行二次开发形成的，其包括设置模块、第一计算模块、第二计算模块和加载输出模块。本发明能在产品研发前期对整车路面激励振动噪声性能进行把控，同时减少工作量，提高效率。

Description

基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法和 系统
技术领域
本发明属于计算机辅助工程领域，具体涉及一种基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法和系统。
背景技术
汽车的振动噪声水平即NVH性能是衡量产品好坏的一项重要指标，也是各大主机厂在产品开发过程中人力和物力投入最大的技术板块之一。汽车的振动噪声源主要来自路面激励和动力系统，由路面激励所引起的振动噪声是各类汽车均不可避免的。路面通过接触面对轮胎不断地局部挤压和释放，轮胎与路面摩擦会产生噪声向车内传递，同时路面与轮胎之间的振动通过悬架系统传递到车身。
目前，国内主机厂主要采用基于轴荷输入的方法进行路面激励车内振动噪声虚拟仿真，即首先进行实车路试采集前后轮轴所承受载荷，然后加载至整车轮心，进行求解计算。但是，这种方法有2个不容忽视的问题：第一，在产品研发前期，由于没有样车制作，无法采集轴荷进行仿真分析，因此无法对整车路面激励振动噪声性能进行把控；第二，在产品研发中期和后期，虽然已经具备样车条件，可以进行轴荷采集与仿真分析，但是随着整车模型的每一次设计变更，均需要进行相应的实车路试、轴荷采集试验，工作量较大。另外，对于进行路面激励车内振动噪声仿真分析，前后处理工作涉及大量重复性操作、手工操作，这些重复性工作不仅耗费时间，而且可能由于人为因素而产生遗漏和错误。
因此，有必要开发一种新的路面激励车内振动噪声仿真分析方法和系统，以克服现有方法工作量大、效率低，无法在产品研发前期对整车路面激励振动噪声性能进行把控等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法和系统，以在产品研发前期对整车路面激励振动噪声性能进行把控，同时减少工作量，提高效率。
本发明所述的基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法，包括步骤：
设置左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况车速V；
对左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度进行FFT变换(即快速傅里叶变换)，得到原始工况路面PSD Gij(f0)；其中，i依次取值1至4的所有正整数，j依次取值1至4的所有正整数，f0表示频率；
根据待分析工况车速V，利用公式(1)对原始工况路面PSD Gij(f0)进行换算，得到待分析工况路面PSD Sij(f)；其中，公式(1)为：V0表示原始工况路面PSD对应车速(为设定的已知参数)，f表示频率；
将待分析工况路面PSD Sij(f)加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件。
上述仿真分析方法，还包括步骤：图形化显示左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况路面PSD Sij(f)。图形化显示可以便于工程师查看、分析路面激励的大小和特征，初步判定产生激励峰值的频率段，进而预测整车NVH问题的风险点。
本发明所述的基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析系统，是在Hyperworks平台上进行二次开发形成的，其包括：
设置模块，用于设置左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况车速V；
第一计算模块，用于对左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度进行FFT变换，得到原始工况路面PSD Gij(f0)；其中，i依次取值1至4的所有正整数，j依次取值1至4的所有正整数，f0表示频率；
第二计算模块，用于根据待分析工况车速V，利用公式(1)对原始工况路面PSDGij(f0)进行换算，得到待分析工况路面PSD Sij(f)；其中，公式(1)为：V0表示原始工况路面PSD对应车速(为设定的已知参数)，f表示频率；
加载输出模块，用于将待分析工况路面PSD Sij(f)加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件。仿真分析头文件用于后续整车路面激励车内振动噪声响应仿真分析。
上述仿真分析系统，还包括显示模块，显示模块用于图形化显示左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况路面PSD Sij(f)。图形化显示界面可以便于工程师查看、分析路面激励的大小和特征，初步判定产生激励峰值的频率段，进而预测整车NVH问题的风险点。
本发明具有如下效果：
(1)路面激励以待分析工况路面PSD(即Power Spectral Density，功率谱密度)形式加载至整车模态轮胎上，路面激励仅与路面结构特征相关，独立于整车结构，路面激励数据采集(即左前轮、右前轮、左后轮、右后轮路面不平度的获取)通过单次路试试验便可完成，并可应用于产品研发的整个周期，实现了在产品研发前期对整车路面激励振动噪声性能的把控。另外，如果路试试验设备和场地允许，也可以测得多条典型路面的不平度数据，建立相应的路面PSD数据库，根据分析需求直接进行调用，进而更加有效、全面地评估整车振动噪声水平和性能。
(2)采用上述仿真分析方法和系统进行仿真分析时，工程师只需要通过人机交互界面(即GUI)设置左前轮、右前轮、左后轮、右后轮路面不平度和待分析工况车速V即可，仿真分析系统会自动生成并输出仿真分析头文件，其提升了工程师的工作效率，减少了工作量，缩短了产品开发周期，并且避免了错误操作。
(3)通过上述仿真分析系统可以将路面激励车内振动噪声仿真分析流程固定化、标准化，便于在企业内部推广、应用。
附图说明
图1为基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析流程图。
图2为基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析系统的示意图。
图3为本发明中的设置模块的人机交互界面。
图4为本发明中待分析工况路面PSD的数据矩阵图。
图5为本发明中左前轮、右前轮、左后轮、右后轮路面不平度的图形化显示。
图6为本发明中待分析工况路面PSD的图形化显示。
具体实施方式
以某试验场水泥路为例，结合附图对本发明作详细说明。
如图1、图4至图6所示的基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法，包括：
第一步、设置左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)和待分析工况车速V＝50km/h；路面不平度是指路面相对于基准平面的高度qi沿道路走向长度(即距离)I的变化qi(I)，其中，i＝1,2,3,4。路面不平度并不具有周期性、规律性，而属于随机分布。
第二步、计算原始工况路面PSD：对左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)进行FFT变换，得到16个原始工况路面PSD Gij(f0)，其中，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，f0表示频率，则16个原始工况路面PSD分别为G11(f0)、G12(f0)、G13(f0)、G14(f0)、G21(f0)、G22(f0)、G23(f0)、G24(f0)、G31(f0)、G32(f0)、G33(f0)、G34(f0)、G41(f0)、G42(f0)、G43(f0)、G44(f0)。
第三步、计算待分析工况路面PSD(即车速为50km/h时的路面PSD)：根据待分析工况车速V(等于50km/h)，利用公式(1)对16个原始工况路面PSD Gij(f0)进行换算，得到16个待分析工况路面PSD Sij(f)(即车速为50km/h时的路面PSD Sij(f))；其中，公式(1)为：i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，V0表示原始工况路面PSD对应车速(为程序设定的已知参数)，f表示频率，则16个待分析工况路面PSD(参见图4)分别为S11(f)(即左前轮自功率谱密度)、S12(f)(即左前轮、右前轮互功率谱密度)、S13(f)(即左前轮、左后轮互功率谱密度)、S14(f)(即左前轮、右后轮互功率谱密度)、S21(f)(即右前轮、左前轮互功率谱密度)、S22(f)(即右前轮自功率谱密度)、S23(f)(即右前轮、左后轮互功率谱密度)、S24(f)(即右前轮、右后轮互功率谱密度)、S31(f)(即左后轮、左前轮互功率谱密度)、S32(f)(即左后轮、右前轮互功率谱密度)、S33(f)(即左后轮自功率谱密度)、S34(f)(即左后轮、右后轮互功率谱密度)、S41(f)(即右后轮、左前轮互功率谱密度)、S42(f)(即右后轮、右前轮互功率谱密度)、S43(f)(即右后轮、左后轮互功率谱密度)、S44(f)(即右后轮自功率谱密度)。
第四步、图形化显示左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)(参见图5)和图形化显示16个待分析工况路面PSDS11(f)、S12(f)、…、S43(f)、S44(f)(参见图6)。
第五步、将16个待分析工况路面PSD S11(f)、S12(f)、…、S43(f)、S44(f)作为路激励载荷加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件。
如图2至图6所示的基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析系统，是在Hyperworks平台上进行二次开发形成的，其包括：设置模块，第一计算模块，第二计算模块，显示模块和加载输出模块。
设置模块用于设置左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)和待分析工况车速V。如图3所示，工程师直接通过人机交互界面(即GUI)设置路面不平度数据和待分析工况车速信息，路面不平度数据为某试验场水泥路的左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)，待分析工况车速V＝50km/h。通过GUI进行设置，工程师操作比较便捷、直观。
路面激励是由于路面的高低不平度而产生，路面激励通过4个车轮向整车传递，即有4个随机过程进行输入，根据随机振动理论，利用第一计算模块对左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)进行FFT变换，得到16个原始工况路面PSD Gij(f0)；其中，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，f0表示频率，则16个原始工况路面PSD分别为G11(f0)、G12(f0)、G13(f0)、G14(f0)、G21(f0)、G22(f0)、G23(f0)、G24(f0)、G31(f0)、G32(f0)、G33(f0)、G34(f0)、G41(f0)、G42(f0)、G43(f0)、G44(f0)。
第二计算模块用于根据待分析工况车速V(等于50km/h)，利用公式(1)对16个原始工况路面PSD Gij(f0)进行换算，得到16个待分析工况路面PSD Sij(f)(即车速为50km/h时的路面PSD Sij(f))；其中，公式(1)为：i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，V0表示原始工况路面PSD对应车速(为程序设定的已知参数)，f表示频率，则16个待分析工况路面PSD(参见图4)分别为S11(f)(即左前轮自功率谱密度)、S12(f)(即左前轮、右前轮互功率谱密度)、S13(f)(即左前轮、左后轮互功率谱密度)、S14(f)(即左前轮、右后轮互功率谱密度)、S21(f)(即右前轮、左前轮互功率谱密度)、S22(f)(即右前轮自功率谱密度)、S23(f)(即右前轮、左后轮互功率谱密度)、S24(f)(即右前轮、右后轮互功率谱密度)、S31(f)(即左后轮、左前轮互功率谱密度)、S32(f)(即左后轮、右前轮互功率谱密度)、S33(f)(即左后轮自功率谱密度)、S34(f)(即左后轮、右后轮互功率谱密度)、S41(f)(即右后轮、左前轮互功率谱密度)、S42(f)(即右后轮、右前轮互功率谱密度)、S43(f)(即右后轮、左后轮互功率谱密度)、S44(f)(即右后轮自功率谱密度)。
显示模块用于图形化显示左前轮路面不平度q1(I)、右前轮路面不平度q2(I)、左后轮路面不平度q3(I)、右后轮路面不平度q4(I)(参见图5)和图形化显示16个待分析工况路面PSD S11(f)、S12(f)、…、S43(f)、S44(f)(参见图6)。路面不平度为时域数据，图5显示的是4个车轮对应的路面相对于基准平面的高度qi沿道路走向长度(即距离)I的变化qi(I)(即路面不平度)，其中，i＝1，2，3，4；待分析工况路面PSD为频域数据，图6显示的是16个待分析工况路面PSD S11(f)、S12(f)、…、S43(f)、S44(f)的幅值和相位随频率的变化。图形化显示界面可以便于工程师查看、分析路面激励的大小和特征，初步判定产生激励峰值的频率段，进而预测整车NVH问题的风险点。通过图6可以看出，在频率46.5Hz处激励存在明显峰值，故该频率下车内振动噪声响应结果数值也会较高，可能存在风险，需要重点关注。
加载输出模块用于将16个待分析工况路面PSD S11(f)、S12(f)、…、S43(f)、S44(f)作为路激励载荷加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件，仿真分析头文件用于后续整车路面激励车内振动噪声响应仿真分析。

Claims (4)

1.一种基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法，其特征在于，包括步骤：
设置左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况车速V；
对左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度进行FFT变换，得到原始工况路面PSD Gij(f0)；其中，i、j分别依次取值1至4的所有正整数，f0表示频率；
利用公式(1)对原始工况路面PSD Gij(f0)进行换算，得到待分析工况路面PSD Sij(f)；其中，公式(1)为：V0表示原始工况路面PSD对应车速，f表示频率；
将待分析工况路面PSD Sij(f)加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件。
2.根据权利要求1所述的基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析方法，其特征在于，还包括步骤：图形化显示左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况路面PSD Sij(f)。
3.一种基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析系统，其特征在于，包括：
设置模块，用于设置左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况车速V；
第一计算模块，用于对左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度进行FFT变换，得到原始工况路面PSD Gij(f0)；其中，i、j分别依次取值1至4的所有正整数，f0表示频率；
第二计算模块，用于利用公式(1)对原始工况路面PSD Gij(f0)进行换算，得到待分析工况路面PSD Sij(f)；其中，公式(1)为：V0表示原始工况路面PSD对应车速，f表示频率；
加载输出模块，用于将待分析工况路面PSD Sij(f)加载至整车的模态轮胎接地点，自动生成并输出仿真分析头文件。
4.根据权利要求3所述的基于Hyperworks的路面激励车内振动噪声仿真分析系统，其特征在于，还包括：
显示模块，用于图形化显示左前轮路面不平度、右前轮路面不平度、左后轮路面不平度、右后轮路面不平度和待分析工况路面PSD Sij(f)。
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