浅谈整车低频路噪仿真技术

 当汽车行驶在粗糙沥青路面或一般水泥路面上的时候，路噪问题是顾客最容易关注到的。汽车路噪声是指在汽车行驶过程中，由于轮胎与路面不断的碰撞和摩擦等相互作用，产生的车辆内部可听到的噪声。从产生机理来看，路噪一般分为低频结构路噪和高频空气路噪。

1. 路噪产生机理

结构路噪：路面激励通过轮胎、底盘悬架和车身结构在车内形成的中低频噪声。

空气路噪：轮胎与路面之间相互作用产生的噪声通过空气传入车内的中高频噪声。

2. 路噪频率特性

     从频率特性来讲，路噪分为低频路噪、中频路噪及高频路噪。

• 低频路噪：频率为20~300Hz，主要是结构声传递。

• 中频路噪：频率为300~500Hz，主要是结构声和空气声传递。

• 高频路噪：频率为400~8000Hz，主要是空气声传递。

     不同频率的路噪，它的影响因素不同，低频段主要是结构传递，从传递路径上来讲，轮胎的隔振性能、悬架衬套的隔振性能以及车体的声学灵敏度都会影响车内声压大小。高频段主要是空气传播，由轮胎的辐射声、轮胎胎面结构以及车体的隔音吸音性能决定。中频段由于包含了结构声和空气声，因此它的影响因素则涵盖了低频和高频的影响因素。

  根据路噪产生的不同机理，对于低频结构噪声，基于结构振动理论进行仿真，高频空气噪声则一般采用统计能量法来仿真，中频包含结构声和空气声，仿真方面就是混合使用上述两种方法。本文接下来主要介绍整车低频结构路噪仿真。

3. 路噪试验

    在谈仿真之前，首先介绍一下路噪试验，路噪试验的评价工况要求严格，从路面、车辆条件、车速以及评价测点的选取都是有一套标准的流程和体系。

• 路面：一般是选在专用的粗糙沥青路面或水泥路面。

• 车速：对于低频结构路噪来说，为避免风噪的影响，路试时车速一般选取50kph或60kph。

• 测点：一般选驾驶员内外耳，后排副驾乘客内外耳。
  

  路噪试验可以直接定量的采集到汽车在路上行驶过程中的车内实际噪声水平，同时也能作为主观评价的一种手段，直接感受到车辆的路噪性能。对于新车开发来说，路噪试验一般在实物阶段，对车辆路噪性能的达成进行评价。

  有时也会在样车没有出来之前，通过改修车来进行路噪性能确认，但由于NVH性能非常微妙，对改修车品质要求非常高，希望尽可能改成跟目标车型一样，需要大量软模件和手工件，在时间、成本方面的压力特别大。同时低频结构噪声往往与车体骨骼，悬架系统等强关联，到实物阶段出了问题，对策起来非常困难，所以在数字开发阶段引入仿真技术对路噪进行预测就显得非常重要。

4. 路噪仿真

    讲到路噪仿真，一个直接的印象就是用电脑和软件再现整个试验过程，但是由于仿真技术的限制，在很长一段时间内，NVH仿真工程师还做不到这一点。主要的困难有两方面：

a. 对底盘系统的精确模拟

    由于底盘系统是由非常复杂的动力学系统及众多衬套组成，底盘部品之间的动力学运动关系如何在NVH仿真模型中体现，底盘衬套的橡胶特性，包括随频率变化的动刚度以及阻尼特性的模拟，对路噪仿真提出了较高的要求。

b. 轮胎的动力学模型

    轮胎的结构及其工作环境存在多样性，导致轮胎是一个非常复杂的非线性系统。在汽车虚拟仿真中，通过合适的轮胎模型来精确模拟其动力学特性就显得尤为重要。直到近几年，业界才提出可用于路噪仿真的高精度轮胎模型CDTire，关于CDTire轮胎模型，以后我们再专题介绍。目前在国内已经有很多主机厂在引入CDTire轮胎模型，尝试建立包含底盘和轮胎的整车路噪仿真能力。

       从路噪仿真技术发展的历程来看，低频路噪仿真大致可以分为3个阶段：车身仿真、整车（不含轮胎模型）仿真及整车（包含轮胎模型和数字路面）仿真。

• 车身仿真

    对于路噪性能来讲，车身结构一方面承受来自底盘的入力激励，另一方面作为车内噪声的直接发声者承担着重要的角色。因此，在底盘系统和轮胎动力学存在技术困难的时候，仿真技术最初运用到路噪性能开发主要是车身仿真。车身仿真的主要内容是解析车身的噪声传递特性，通过对车身侧底盘接附点动刚度优化，合理的车身模态分布，可以使车身噪声传递特性处于较好的水平，从而间接达到对整车路噪性能水平的控制。

   此方法适用于平台不变，仅车身结构变更的情况。需要结合改修车进行底盘入力测试，通过粗略性能计算得到整车路噪结果。车身仿真模型仅为车身，不包括底盘和轮胎。

• 整车（不含轮胎模型）仿真

     在解决了对底盘件运动关系和衬套动刚度及阻尼特性模拟的“瓶颈”后，就可以尝试开展整车路噪仿真。但此时另外一个“瓶颈”轮胎还未找到完美的解决方案，因此NVH仿真工程师必须绕过轮胎建模，寻找其他途径进行路噪仿真，轮心力加载的路噪仿真技术应运而生。此技术的关键是如何利用逆矩阵法来提取轮心力，仿真的主要内容为轮心力加载，计算车内人耳的噪声响应。由于缺少轮胎模型，此项技术排除了轮胎和路面对路噪的影响，并不能完整的再现路噪试验。

    此方法适用于平台不变，车身和底盘变更，需要结合改修车进行轮胎入力测试，提取轮心力加载到整车模型中进行路噪仿真。仿真模型包括车身和底盘，不包括轮胎。

• 整车（包含轮胎模型和数字路面）仿真

    在业界引入了可用于路噪仿真的轮胎模型CDTire后，轮胎这个“瓶颈”就完美的得到解决。数字轮胎CDTire加上数字路面进行路噪仿真，行业内给它起了一个高大上的名字“虚拟试验场”技术。利用NVH“虚拟试验场”技术可以完整地通过仿真再现路噪试验场景。主要仿真内容是通过数字路面虚拟激励轮胎，直接解析出车内路噪响应水平。

     基于NVH“虚拟试验场”技术可以评价不同车速、不同胎压和不同预载工况下的路噪水平。

    此方法适用于平台变更，可对整车做仿真，模型包括车身、底盘、轮胎和路面，不依赖任何试验输入。

     三种技术总结对比：

5. 结束语

    汽车NVH在业界被称为“玄学”，其中路噪问题又因涉及到路面、轮胎、底盘悬架及车身多个系统之间的相互作用而变得更加复杂。通过完整的数字仿真技术再现试验，在数字阶段进行整车路噪性能预测是行业未来的发展趋势，CDTire轮胎技术的出现又使得这种趋势变为现实，但是运用此技术需要建立强大的轮胎模型数据库。目前国内某第三方机构正在推进这方面的工作，与各大主机厂开展合作，期望建立完备的CDTire轮胎数据库。最后，也希望同行们多多交流，给予笔者支持，共同学习进步！【免责声明】本文经授权转自音振茶馆（ID:River666_2020），由钱总原创，版权归原作者所有，仅用于学习！对文中观点判断均保持中立，若您认为文中来源标注与事实不符，若有涉及版权等请告知，将及时修订删除，谢谢大家的关注！