一種輪胎外輪廓聲學貢獻度分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及輪胎降噪領域。
【背景技術】
[0002] 輪胎振動輻射噪聲為汽車噪聲的主要來源之一，歐盟輪胎標簽法規第二階段對輪 胎噪聲的限值提出了明確要求，同時，輪胎作為車輛與路面接觸的唯一部件，其噪聲的大小 直接影響乘坐舒適性，國內外輪胎制造廠商一直致力于低噪聲輪胎的設計和研發。因此，對 輪胎振動輻射噪聲進行準確預測及分析出輪胎外輪廓各部件對其噪聲的聲學貢獻度，對控 制及有效降低輪胎噪聲具有重要意義。
[0003] 同濟大學曾旭等利用ABAQUS軟件建立195/65R15輪胎的多層復合三維有限元模 型，計算了輪胎接地點在受徑向激勵時各節點的振動速度，并以此為聲學邊界條件，在LMS Virtual.Lab軟件中利用間接邊界元法計算了輪胎的振動輻射聲壓，同時考察了胎壓以及 胎側材料等對輪胎振動聲輻射的影響。結果表明輪胎的振動噪聲能量主要集中在各特征頻 率，胎面和胎側的振動是輪胎振動聲輻射的主要噪聲源。石煥文等將輪胎模態的有限元分 析結果導入邊界元軟件，求解了輪胎在徑向激勵下的輻射噪聲。同濟大學盛云等基于聲學 傳遞向量技術，結合有限元和邊界方法對輪胎的輻射噪聲進行了分析，計算得到了簡諧激 勵下的輪胎振動輻射噪聲。Nakajima首度將有限元和邊界元法聯合用于輪胎振動輻射噪聲 的仿真計算，但其并沒有明確交代輪胎滾動過程中所受激勵力的大小。現階段對于輪胎振 動輻射噪聲的預測方法還有待完善，定量分析輪胎外輪廓振動對其振動輻射噪聲貢獻度大 小的研宄尚顯不足。因此，為提高輪胎振動輻射噪聲的預測精度以及定量分析出輪胎外輪 廓結構振動對噪聲的貢獻大小，亟需尋找一種輪胎振動輻射噪聲的預測方法及輪胎外輪廓 各部件振動對噪聲貢獻大小的分析方法。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于提供一種基于聲學貢獻度理論的輪胎外輪廓聲學貢獻度分析 方法，該方法不僅能夠方便合理的計算出輪胎在路面滾動受到路面激勵時場點的A計權聲 壓值，而且能夠定量的分析出輪胎外輪廓結構振動對其噪聲水平的貢獻度。
[0005] 本發明所采取的技術方案為，一種輪胎外輪廓聲學貢獻度分析方法，其特征在于， 劃分輪胎聲學網格外輪廓，分析聲學傳遞向量；導入輪胎模態的有限元分析結果及輪胎與 路面間頻域內的徑向激勵力，通過輪胎結構網格分析輪胎模態參與因子；運用模態聲學傳 遞向量技術分析輪胎振動輻射噪聲和輪胎外輪廓聲學貢獻度；具體步驟為： A)通過ABAQUS、Ansys、Nastran、I-Deas或LS-Dyna有限元軟件，在額定氣壓、額定載 荷下，獲取輪胎受載變形后的三維有限元網格，即為輪胎結構網格；在Hypermesh軟件中提 取輪胎結構網格的面網格，并且補全輪輞部分的網格，即獲得輪胎聲學網格；利用ABAQUS、 Ansys、Nastran、I-Deas或LS-Dyna獲得輪胎模態有限元分析結果；輪胎與路面間時域內的 徑向激勵力由ABAQUS軟件模擬得到，并通過傅里葉變換將時域內的徑向激勵力轉化為頻 域內的徑向激勵力。
[0006]B)所述劃分輪胎外輪廓分析聲學傳遞向量，具體是，利用聲學軟件LMSVirtual.Lab，將輪胎聲學網格外輪廓結構劃分為胎面、上胎側、中胎側、下胎側、耐磨膠和輪輞六個 部件，并將六個部件設置成一個單元組；其中，胎面為輪胎與路面接觸的區域；將輪胎胎側 部分均勻的劃分為三部分，靠近胎面處的部分為上胎側，靠近輪輞處的部分為下胎側，中 間部分為中胎側；耐磨膠為輪胎與輪輞配合的區域；定義路面為剛性反射部件，按照GB/ T3767-1999《聲學-聲壓法測定噪聲源聲功率級-反射面上方近似自由場的工程法》標準 設置噪聲觀測點，利用聲學軟件LMSVirtual.Lab分析20Hz到500Hz頻率范圍內的聲學 傳遞向量。
[0007] C)所述分析輪胎模態參與因子，具體是，在聲學軟件LMSVirtual.Lab中，將步 驟A)中得到的輪胎模態有限元分析結果導入步驟A)中得到的輪胎結構網格中，在輪胎與 路面接觸區域的中心點處施加垂直于路面的頻域內的徑向激勵力，所述頻域內的徑向激勵 力為步驟A)中得到，利用聲學軟件LMSVirtual.Lab分析輪胎在20Hz到500Hz頻率范圍 內的模態參與因子。
[0008]D)所述分析輪胎振動輻射噪聲，具體為，將步驟C)分析得到的模態參與因子結 果導入步驟B)中得到的聲學傳遞向量中，通過數據映射轉移將步驟A)中得到的輪胎模 態有限元分析結果映射轉移到步驟A)中得到的輪胎聲學網格中，得到數據映射轉移后的 結果；其中，數據映射轉移的具體分析方法為：在輪胎聲學網格上，以其中一節點為圓心， d為半徑的圓內，尋找最多i個輪胎結構網格上的節點，并作為輪胎聲學網格上節點的原始 數據。若在該圓內尋找到的輪胎結構網格上的節點數多于或等于I個，則選用距離圓心最近 的i個節點作為輪胎聲學網格上節點的原始數據；若在該圓內尋找到的輪胎結構網格上的 節點數少于：個，即選用在該圓內尋找到的輪胎結構網格上的節點作為輪胎聲學網格上節 點的原始數據。則輪胎聲學網格上某節點的輪胎模態有限元分析結果為：
【主權項】
1. 一種輪胎外輪廓聲學貢獻度分析方法，其特征在于，劃分輪胎聲學網格外輪廓，分析 聲學傳遞向量；導入輪胎模態的有限元分析結果及輪胎與路面間頻域內的徑向激勵力，通 過輪胎結構網格分析輪胎模態參與因子；運用模態聲學傳遞向量技術分析輪胎振動輻射噪 聲和輪胎外輪廓聲學貢獻度。
2. 根據權利要求1所述的一種輪胎外輪廓聲學貢獻度分析方法，其特征在于，具體步 驟為： A) 通過ABAQUS、Ansys、Nastran、I-Deas或LS-Dyna有限元軟件，在額定氣壓、額定載 荷下，獲取輪胎受載變形后的三維有限元網格，即為輪胎結構網格；在Hypermesh軟件中提 取輪胎結構網格的面網格，并且補全輪輞部分的網格，即獲得輪胎聲學網格；利用ABAQUS、 Ansys、Nastran、I-Deas或LS-Dyna獲得輪胎模態有限元分析結果；輪胎與路面間時域內的 徑向激勵力由ABAQUS軟件模擬得到，并通過傅里葉變換將時域內的徑向激勵力轉化為頻 域內的徑向激勵力； B) 所述劃分輪胎外輪廓分析聲學傳遞向量，具體是，利用聲學軟件LMS Virtual. Lab， 將輪胎聲學網格外輪廓結構劃分為胎面、上胎側、中胎側、下胎側、耐磨膠和輪輞六個部 件，并將六個部件設置成一個單元組；其中，胎面為輪胎與路面接觸的區域；將輪胎胎側 部分均勻的劃分為三部分，靠近胎面處的部分為上胎側，靠近輪輞處的部分為下胎側，中 間部分為中胎側；耐磨膠為輪胎與輪輞配合的區域；定義路面為剛性反射部件，按照GB/ T3767-1999《聲學-聲壓法測定噪聲源聲功率級-反射面上方近似自由場的工程法》標準 設置噪聲觀測點，利用聲學軟件LMS Virtual. Lab分析20Hz到500Hz頻率范圍內的聲學 傳遞向量； C) 所述分析輪胎模態參與因子，具體是，在聲學軟件LMS Virtual. Lab中，將步驟A) 中得到的輪胎模態有限元分析結果導入步驟A)中得到的輪胎結構網格中，在輪胎與路面接 觸區域的中心點處施加垂直于路面的頻域內的徑向激勵力，所述頻域內的徑向激勵力為步 驟A)中得到，利用聲學軟件LMS Virtual. Lab分析輪胎在20Hz到500Hz頻率范圍內的模 態參與因子； D) 所述分析輪胎振動輻射噪聲，具體為，將步驟C)分析得到的模態參與因子結果 導入步驟B)中得到的聲學傳遞向量中，通過數據映射轉移將步驟A)中得到的輪胎模態 有限元分析結果映射轉移到步驟A)中得到的輪胎聲學網格中，得到數據映射轉移后的 結果；其中，數據映射轉移的具體分析方法為：在輪胎聲學網格上，以其中一節點為圓心， ??為半徑的圓內，尋找最多：個輪胎結構網格上的節點，并作為輪胎聲學網格上節點的原始 數據；若在該圓內尋找到的輪胎結構網格上的節點數多于或等于：個，則選用距離圓心最近 的i個節點作為輪胎聲學網格上節點的原始數據；若在該圓內尋找到的輪胎結構網格上的 節點數少于i個，即選用在該圓內尋找到的輪胎結構網格上的節點作為輪胎聲學網格上節 點的原始數據；則輪胎聲學網格上某節點的輪胎模態有限元分析結果為：
其中，4、rf2、... 4為尋找到的輪胎結構網格上的第i個節點到圓心的距離；召、芎 、...石為尋找到的輪胎結構網格上的第1個節點的輪胎模態有限元分析信息；SargM為輪 胎聲學網格上節點的模態有限元分析信息；取20mm - 30mm，：取2- 4 ; 然后，通過步驟B)中得到的聲學傳遞向量、六個部件組成的單元組和步驟D)中得到的 數據映射轉移后的結果，利用聲學軟件LMS Virtual. Lab分析模態聲學傳遞向量、輪胎外 輪廓各部件的聲壓幅值和相位； E) 分析步驟B)中得到的噪聲觀測點處的1/3倍頻A計權輪胎振動輻射噪聲及場點頻 響函數曲線，具體方法為：
其中，P為輪胎振動輻射噪聲，?為頻率，為模態聲學傳遞向量， 為由模態參與因子構成的向量；{Μ?ΤΤ(的f = Ω8 +{?/ΜΡ(妁），Ωκ為輪胎 模態有限元分析結果在輪胎結構網格表面法線方向上的分矢量組成的矩陣； F) 所述輪胎外輪廓聲學貢獻度分析的具體方法為，通過步驟Ε)中得到的噪聲觀測點處 的場點頻響函數曲線，分析曲線中峰值聲壓所對應的頻率；然后，提取峰值聲壓所對應頻率 下的輪胎外輪廓各個部件及總貢獻的聲壓幅值和相位；最后，運用幅值-相位法分析輪胎 外輪廓各部件的聲學特性。
3.根據權利要求2所述的一種輪胎外輪廓聲學貢獻度分析方法，其特征在于，所述步 驟F中幅值-相位法分析輪胎外輪廓各部件的聲學特性的具體分析方法為：若輪胎外輪廓 各個部件的相位與總貢獻的相位一致，則該部件為聲學正貢獻部件，反之則為聲學負貢獻 部件；對比各個部件的聲壓幅值大小，若某個聲學正貢獻部件的聲壓幅值最大，則該部件為 主最大聲學正貢獻部件，若某個聲學負貢獻部件的聲壓幅值最大，則該部件為主最大聲學 負貢獻部件。
【專利摘要】本發明公開了一種輪胎外輪廓聲學貢獻度分析方法，涉及輪胎降噪領域。分析方法包括三個部分：劃分輪胎聲學網格外輪廓，分析聲學傳遞向量；導入輪胎模態的有限元分析結果及施加輪胎在路面穩態滾動時所受的徑向激勵力，通過輪胎結構網格分析輪胎的模態參與因子；通過模態聲學傳遞向量技術分析輪胎振動輻射噪聲和輪胎外輪廓的聲學貢獻度。本發明由于充分考慮了輪胎在路面穩態滾動時所受的徑向激勵力及輪胎的固有頻率和振型等特征，可以分析得到輪胎振動輻射噪聲及輪胎外輪廓各個部件對其噪聲水平的貢獻度。本方法適用于輪胎振動輻射噪聲的預測及輪胎外輪廓各部件的聲學貢獻度分析。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104765906
【申請號】CN201510094007
【發明人】楊建 , 王國林, 裴曉朋, 周海超, 趙璠
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月3日