CN113239458B - 一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，确保虚拟仿真与实车测试的匹配度，为基于CAE的汽车路噪NVH问题排查与性能优化提供保障。本发明所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法可以有效的提升汽车路面振动噪声仿真计算结果的可靠度，满足仿真模型更接近实车状态的要求，保证路噪NVH问题排查的有效性以及优化方向的正确性，节约车型开发资金与时间成本，缩短研发周期。

Description

一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法

技术领域

本发明属于汽车NVH技术领域，尤其是涉及一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法。

背景技术

在整车产品开发过程中采用CAE技术的优势在于可以迅速排查设计车型的典型性能问题并找到优化方向，减少样件制造以及样车测试轮次，节约研发成本提升开发效率。然而通过CAE得到的优化结果其可信度取决于初版仿真结果的可靠性，要求初版仿真结果与样车测试结果能够尽可能匹配。基于虚拟路面技术分析路面振动噪声问题时，由于在整车声固耦合模型的基础上引入了数字路面与复杂的轮胎模型，同时采用了随机振动分析理论，因此仿真计算时累积的误差被放大，加大了仿真结果的失真度。鉴于此，需要开发一套有效、高效的仿真与测试结果的对标方法，为后续的虚拟路面路噪问题诊断与优化奠定基础。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，以解决基于现有技术分析路面振动噪声问题时，仿真计算时累积的误差被放大，加大了仿真结果的失真度的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，包括以下步骤：

S1、创建车身子系统模型、TB车身模型、动力总成模块，并进行对标修正；

S2、选择与步骤S1中模型匹配的样车，在样车驾驶员外耳处安装声压级麦克风，在车轮的转向节处安装加速度传感器，通过样车路试获取驾驶员外耳噪声曲线以及各车轮转向节处加速度曲线；

S3、基于步骤S1中创建的模型结合乘员舱声腔模型建立整车声固耦合模型，输入测试获取的车轮转向节加速度，采用spindle load方法计算得到路噪仿真结果；

S4、处理分析修正模型不确定参数，完成除轮胎外的整车声固耦合模型对标；

S5、创建CDTire轮胎模型，输入测试路面的PSD作为激励，将建立的CDTire轮胎模型线性化后与整车声固耦合模型装配，设定仿真工况，提交计算获取结果；

S6、通过虚拟路面仿真与测试的转向节加速度曲线对比，筛选仿真出现异常的频率段；针对仿真异常频率段的CDTire轮胎模型进行参数筛选。

S7、对经过步骤S6处理后的CDTire轮胎模型进行参数筛选，并对参数筛选后的CDTire轮胎模型进行修正。

进一步的，所述步骤S1中的车身子系统模型的创建修建方法为：包括创建白车身、开闭件、转向系统有限元模型，并设定弯曲、扭转刚度及自由/约束模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正几何特征、材料参数、部件连接方式建模问题；

TB车身模型的创建修正方法为：建立简化内饰件与底盘悬架模型，并与白车身、覆盖件模型装配在一起搭建TB车身模型，并设定模态、原点动刚度及传递函数仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正子系统间的连接方式、密封条缓冲块参数建模问题；

动力总成模型的创建修正方法为：建立动力总成的有限元模型，并设定模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正零部件间的连接方式以及1D单元自由度建模问题。

进一步的，所述步骤S3的具体方法为：

基于Hyperworks软件中的NVHD模块，通过对CBUSH单元赋予对应的衬套属性，将各子系统模型装配在一起建立整车有限元模型，基于TB车身模型建立声腔模型，将整车有限元模型与声腔模型结合创建整车声固耦合模型，将测试获取的车轮转向节处加速度曲线输入至NVHD的spindle load tool插件中完成路噪仿真工况设置，计算得到路噪仿真结果。

进一步的，所述步骤S4中的具体方法为：

通过修正声腔模型、空气阻尼、车身与底盘件结构阻尼匹配测试与仿真噪声曲线，完成整车除轮胎外的模型对标。

进一步的，所述步骤S6中，针对仿真异常频率段的CDTire轮胎模型进行参数筛选的具体方法如下：

建立整车超单元模型；选取CDTire模型中的物理参数作为变量，通过DOE方法生成一个轮胎模型样本数据库；基于整车超单元模型执行所有轮胎样本的路噪仿真计算，提取仿真异常频率段的转向节传感器处3向合加速度均方根值作为响应，通过灵敏度分析筛选对于响应贡献量排名前列的轮胎模型参数作为设计变量。

进一步的，执行完步骤S6后，还包括基于CDTire轮胎模型参数优化的转向节加速度对标方法，具体方法如下：

以异常频率段处转向节传感器3向合加速度均方根仿真与测试结果之差绝对值最小化为目标定义优化问题，匹配CDTire模型路噪敏感参数。

进一步的，所述步骤S7的具体方法如下：基于步骤S6中建立的轮胎模型样本数据库，计算每个轮胎样本的动态工况建模误差，以该误差为响应，通过灵敏度分析筛选出贡献量排名前列的轮胎模型参数，从中排除与步骤S6中重复的参数后其余参数作为设计变量。

进一步的，所述步骤S7中，对参数筛选后的CDTire轮胎模型进行修正的方法如下：

以CDTire动态工况建模误差最小化为目标定义优化问题，修正CDTire模型，最小化其失真程度。

相对于现有技术，本发明所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法具有以下优势：

本发明所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法可以有效的提升汽车路面振动噪声仿真计算结果的可靠度，满足仿真模型更接近实车状态的要求，保证路噪NVH问题排查的有效性以及优化方向的正确性，节约车型开发资金与时间成本，缩短研发周期。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法流程图；

图2为某车型白车身模型图；

图3为某车型覆盖件模型图；

图4为某车型转向系统模型图；

图5为某车型动力总成模型图；

图6为某车型左前轮处路面PSD以及四轮CDTire轮胎模型图；

图7为某车型左前轮处试验场粗糙大颗粒沥青路路面PSD图；

图8为某车型四轮CDTire轮胎模型图；

图9为某车型左前轮传感器处仿真(Sim_RMS)与测试(Test)加速度对比图；

图10为某车型驾驶员外耳处仿真(Sim_DLE)与测试(Test_DLE)声压级对比图；

图11为某车型左前轮传感器处虚拟路面仿真最终对标(Sim_OPT_RMS)、初始仿真(Sim_RMS)与测试(Test)加速度对比图；

图12为某车型驾驶员外耳处虚拟路面仿真最终对标(Sim_OPT_RMS)、初始仿真(Sim_RMS)与测试(Test)声压级对比图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，包括以下步骤：

S1、创建车身子系统模型、TB车身模型、动力总成模块，并进行对标修正；

S2、选择与步骤S1中模型匹配的样车，在样车驾驶员外耳处安装声压级麦克风，在车轮的转向节处安装加速度传感器，通过样车路试获取驾驶员外耳噪声曲线以及各车轮转向节处加速度曲线；

S3、基于步骤S1中创建的模型结合乘员舱声腔模型建立整车声固耦合模型，输入测试获取的车轮转向节加速度，采用spindle load方法计算得到路噪仿真结果；

S4、处理分析修正模型不确定参数，完成除轮胎外的整车声固耦合模型对标；

S5、创建CDTire轮胎模型，输入测试路面的PSD作为激励，将建立的CDTire轮胎模型线性化后与整车声固耦合模型装配，设定仿真工况，提交计算获取结果；

S6、通过虚拟路面仿真与测试的转向节加速度曲线对比，筛选仿真出现异常的频率段；针对仿真异常频率段的CDTire轮胎模型进行参数筛选。

S7、对经过步骤S6处理后的CDTire轮胎模型进行参数筛选，并对参数筛选后的CDTire轮胎模型进行修正。

所述步骤S1中的车身子系统模型的创建修建方法为：包括创建白车身、开闭件、转向系统有限元模型，并设定弯曲、扭转刚度及自由/约束模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正几何特征、材料参数、部件连接方式建模问题；

TB车身模型的创建修正方法为：建立简化内饰件与底盘悬架模型，并与白车身、覆盖件等子系统模型装配在一起搭建TB车身模型，并设定模态、原点动刚度及传递函数仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正子系统间的连接方式、密封条缓冲块参数建模问题；

动力总成模型的创建修正方法为：建立动力总成的有限元模型，并设定模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正零部件间的连接方式以及1D单元自由度建模问题。

所述步骤S3的具体方法为：

基于Hyperworks软件中的NVHD模块，通过对CBUSH单元赋予对应的衬套属性，将各子系统模型装配在一起建立整车有限元模型，基于TB车身模型建立声腔模型，将整车有限元模型与声腔模型结合创建整车声固耦合模型，将测试获取的车轮转向节处加速度曲线输入至NVHD的spindle load tool插件中完成路噪仿真工况设置，计算得到路噪仿真结果。

所述步骤S4中的具体方法为：

通过修正声腔模型、空气阻尼、车身与底盘件结构阻尼匹配测试与仿真噪声曲线，完成整车除轮胎外的模型对标。

所述步骤S6中，针对仿真异常频率段的CDTire轮胎模型进行参数筛选的具体方法如下：

建立整车超单元模型；选取CDTire模型中的物理参数作为变量，通过DOE方法生成一个轮胎模型样本数据库；基于整车超单元模型执行所有轮胎样本的路噪仿真计算，提取仿真异常频率段的转向节传感器处3向合加速度均方根值作为响应，通过灵敏度分析筛选对于响应贡献量排名前列的轮胎模型参数作为设计变量。

执行完步骤S6后，还包括基于CDTire轮胎模型参数优化的转向节加速度对标方法，具体方法如下：

以异常频率段处转向节传感器3向合加速度均方根仿真与测试结果之差绝对值最小化为目标定义优化问题，匹配CDTire模型路噪敏感参数。

所述步骤S7的具体方法如下：基于步骤S6中建立的轮胎模型样本数据库，计算每个轮胎样本的动态工况建模误差，以该误差为响应，通过灵敏度分析筛选出贡献量排名前列的轮胎模型参数，从中排除与步骤S6中重复的参数后其余参数作为设计变量。

所述步骤S7中，对参数筛选后的CDTire轮胎模型进行修正的方法如下：

以CDTire动态工况建模误差最小化为目标定义优化问题，修正CDTire模型，最小化其失真程度。

下面结合附图对上述方案进一步说明。

如图1所示，本专利实施以某车型路噪NVH虚拟开发为例做相关说明，执行一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，包括以下步骤：

步骤一：如图2至图4所示，基于Hyperworks软件中的Hypermesh模块建立某开发车型的白车身、开闭件、转向系统等车身子系统的有限元模型并设定弯曲、扭转刚度及自由/约束模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正几何特征、材料参数、部件连接方式等建模问题。

步骤二：如图5所示，建立简化内饰件与底盘悬架模型，并与白车身、覆盖件等装配在一起搭建TB车身模型，并设定模态、原点动刚度及传递函数仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正子系统间的连接方式、密封条缓冲块参数等建模问题。

步骤三：如图6所示，建立动力总成的有限元模型，并设定模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正零部件间的连接方式以及1D单元自由度等建模问题。

步骤四：采用与模型匹配的样车，在样车驾驶员外耳处安装声压级麦克风，在4个车轮的转向节处安装加速度传感器，驾驶员驾驶样车在试验场的粗糙大颗粒沥青路以60km/h车速行驶，得到驾驶员外耳噪声-频率曲线以及各车轮转向节处加速度-频率曲线。

步骤五：基于Hyperworks软件中的NVHD模块，通过对CBUSH单元赋予对应的衬套属性，将车身、底盘等各子系统装配在一起建立整车有限元模型，基于TB车身建立声腔模型，将测试获取的车轮转向节处加速度曲线输入至NVHD的spindle load tool插件中完成路噪仿真工况设置，计算得到路噪仿真结果。

步骤六：通过修正声腔模型网格尺寸及其在局部内饰的精细化建模程度，调整空气阻尼、车身与底盘件结构阻尼值匹配测试与仿真噪声曲线的幅值，完成整车(除轮胎外)的模型对标。

步骤七：如图7、图8所示，输入试验场粗糙大颗粒沥青路路面PSD作为激励，将建立的轮胎CDTire模型在NVHD的tire manager插件中线性化处理完成与整车声固耦合模型装配，在analysis manager插件中设定虚拟路面仿真工况，提交计算获取路噪仿真结果。

步骤八：如图9、图10所示，通过左前轮转向节加速度-频率曲线，筛查与测试曲线差异较大的频率段。

步骤九：在NVHD模块中建立除轮胎外整车超单元模型。选择CDTire轮胎模型中包括质量分布、各层刚度与阻尼等在内的28个物理参数作为变量，设定上下限变化均为初始值的20％，基于最优拉丁超立方试验设计方法采样生成一个轮胎模型样本数据库。将所有轮胎模型样本线性化后与整车超单元模型装配在一起执行仿真，提取步骤八中仿真异常频率段的转向节传感器处3向合加速度均方根值作为响应，与轮胎模型样本数据库一起输入到Hyperworks软件中的HyperStudy模块，通过灵敏度分析筛选出对于响应贡献量排名前9位的轮胎模型参数。

步骤十：以异常频率段处转向节传感器3向合加速度均方根仿真与测试结果之差绝对值最小化为目标函数，以步骤九中筛选出来的CDTire轮胎参数为设计变量，建立优化模型。采用最优拉丁超立方试验设计方法建立设计变量数据库，并通过路噪仿真获取对应的响应以及目标函数值。在HyperStudy软件的Fit模块中构建设计变量与目标函数之间的RBF代理模型，并通过软件中的Optimization模块求解获取轮胎路噪敏感参数的优化结果。

步骤十一：将步骤九建立的轮胎模型样本数据导入至CDTire/PI软件中，计算每个轮胎样本的Cleat90°工况建模误差值。以该误差为响应，在HyperStudy软件中通过灵敏度分析筛选出贡献量排名前9位的轮胎模型参数，并从中排除与步骤九中轮胎路噪敏感参数相同者，其余参数作为设计变量。

步骤十二：以CDTire Cleat90°建模误差最小化为目标函数，以步骤十一中筛选出来的CDTire轮胎参数为设计变量，建立优化模型。采用最优拉丁超立方试验设计方法建立设计变量数据库，并通过Cleat90°工况仿真获取对应误差—目标函数值。在HyperStudy软件的Fit模块中构建设计变量与目标函数之间的RBF代理模型，并通过软件中的Optimization模块求解获取轮胎Cleat90°工况敏感参数的优化结果。修正CDTire模型，最小化其失真程度。最终得到的路噪仿真对标结果如图11、图12所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、创建车身子系统模型、TB车身模型、动力总成模型，设定各模型仿真工况，并进行对标修正；

S2、选择与步骤S1中模型匹配的样车，在样车驾驶员外耳处安装声压级麦克风，在车轮的转向节处安装加速度传感器，通过样车路试获取驾驶员外耳噪声曲线以及各车轮转向节处加速度曲线；

S3、基于步骤S1中创建的模型结合乘员舱声腔模型建立整车声固耦合模型，输入步骤S2测试获取的车轮转向节加速度，采用spindle load方法计算得到路噪仿真结果，所述路噪仿真结果包括驾驶员外耳噪声曲线仿真结果；

S4、处理分析修正整车声固耦合模型中的不确定参数，并对步骤S3仿真得到的驾驶员外耳噪声曲线与步骤S2测试得到的驾驶员外耳噪声曲线进行匹配，完成除轮胎外的整车声固耦合模型对标；

S5、创建CDTire轮胎模型，输入测试路面的各车轮路面功率谱密度PSD作为激励，将建立的CDTire轮胎模型线性化后与整车声固耦合模型装配，设定仿真工况，提交计算，获取虚拟路面仿真结果；

S6、通过步骤S5得到的虚拟路面仿真结果与测试的转向节加速度曲线对比，筛选仿真出现异常的频率段；针对仿真异常频率段的CDTire轮胎模型进行路噪敏感参数筛选；

所述步骤S6中，针对仿真异常频率段的CDTire轮胎模型进行参数筛选的具体方法如下：

建立整车超单元模型；选取CDTire模型中的物理参数作为变量，通过试验设计DOE方法生成一个轮胎模型样本数据库；基于整车超单元模型执行所有轮胎样本的路噪仿真计算，提取仿真异常频率段的转向节传感器处3向合加速度均方根值作为响应，通过灵敏度分析筛选对于响应贡献量排名前列的轮胎模型参数作为设计变量；

S7、对经过步骤S6处理后的CDTire轮胎模型进行参数筛选，并对参数筛选后的CDTire轮胎模型进行修正；

所述步骤S7的具体方法如下：基于步骤S6中建立的轮胎模型样本数据库，计算每个轮胎样本的动态工况建模误差，以该误差为响应，通过灵敏度分析筛选出贡献量排名前列的轮胎模型参数，从中排除与步骤S6中重复的参数后其余参数作为设计变量。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，其特征在于，所述步骤S1中的车身子系统模型的创建修建方法为：包括创建白车身、覆盖件、转向系统有限元模型，并设定弯曲、扭转刚度及自由/约束模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正几何特征、材料参数、部件连接方式建模问题；

TB车身模型的创建修正方法为：建立简化内饰件与底盘悬架模型，并与车身子系统模型装配在一起搭建TB车身模型，并设定模态、原点动刚度及传递函数仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正子系统间的连接方式、密封条缓冲块参数建模问题；

动力总成模型的创建修正方法为：建立动力总成的有限元模型，并设定模态仿真工况，得到计算结果与测试结果进行对比，修正零部件间的连接方式以及1D单元自由度建模问题。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法为：

基于Hyperworks软件中的NVHD模块，通过对CBUSH单元赋予对应的衬套属性，将各子系统模型装配在一起建立整车有限元模型，基于TB车身模型建立声腔模型，将整车有限元模型与声腔模型结合创建整车声固耦合模型，将测试获取的车轮转向节处加速度曲线输入至NVHD的spindle load tool插件中完成路噪仿真工况设置，计算得到路噪仿真结果。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，其特征在于，所述步骤S4中的具体方法为：

所述不确定参数包括声腔模型、空气阻尼、车身与底盘件结构阻尼；

通过修正声腔模型、空气阻尼、车身与底盘件结构阻尼，匹配步骤S3仿真得到的驾驶员外耳噪声曲线与步骤S2测试得到的驾驶员外耳噪声曲线，完成整车除轮胎外的模型对标。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，其特征在于：执行完步骤S6后，还包括基于CDTire轮胎模型参数优化的转向节加速度对标方法，具体方法如下：

以异常频率段处转向节传感器3向合加速度均方根仿真与测试结果之差绝对值最小化为目标定义优化问题，匹配CDTire模型路噪敏感参数。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟路面的整车路噪仿真对标方法，其特征在于，所述步骤S7中，对参数筛选后的CDTire轮胎模型进行修正的方法如下：

以CDTire动态工况建模误差最小化为目标定义优化问题，修正CDTire模型，最小化其失真程度。

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