一种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法，属于模态轮胎建模技术领域。
【背景技术】
[0002]汽车在相对粗糙的路面上以一定的速度匀速行驶时，由路面不平度所产生的激励通过轮胎传递到车体结构上，最终在车内产生振动与噪声的响应。由于轮胎自身特性，在路面激励传递过程中，激励经过轮胎时可被过滤或者放大，因此轮胎的结构很大程度上影响了整车在路面激励下的NVH性能。在仿真领域中，通过加载路面不平度谱的方式进行整车振动与噪声仿真计算时，便需要建立准确的轮胎模型，从而满足轮胎结构对路面激励的传递影响。但由于轮胎自身组成相对复杂，轮胎详细有限元模型单元数量较多，同时轮胎在汽车行驶工况下为充气、承载、接地的状态，此状态下的轮胎详细有限元模型将与整车模型装配后开展振动噪声性能的线性计算，实际上这种分析为在结构大变形的基础上开展小变形的线性计算，因此基于传统的详细有限元模型难以实现上述分析。
[0003]在工程中，国内研发企业通常采用刚性轮胎来代替真实轮胎模型，刚性轮胎通过刚性单元将真实轮胎简化成刚性结构，目的是通过这种简单的方法忽略轮胎对路面激励的耦合作用，这也是为了开展整车NVH性能分析而作的粗略地简化。目前一些企业为了规避模态轮胎，则考虑通过轮心加载载荷谱的方式模拟整车路面激励下的振动与噪声性能。但是这种方法在产品开发流程中存在弊端，不能在产品开发前期实现CAE技术性能把控的优势。另外如专利申请公布号为CN104390794A所公开的基于转鼓试验台测试数据预测轮胎平路面力学特征的方法中，利用ABAQUS软件对测试轮胎建模，并分别仿真其在内、外转鼓路面上的运动，用内、外转鼓试验台测试数据同时修正轮胎模型，并用修正后的精确轮胎模型在平路面上仿真此设定条件下的轮胎运动，来预测其平路面力学特性，该方案仅采用转鼓试验台测试数据通过有限元技术就能有效地消除路面曲率的影响，得到轮胎在平路上的力学特性；而专利申请公布号CN104236929A所公开的一种消除轮胎纵向力偏移的纵滑试验方法，采用轮胎滚动阻力为零状态时的有效滚动半径控制试验过程的滑移率，实现轮胎纵滑特性的纵向力与滑移率关系曲率通过(0，0)点，利用无纵向力偏移的试验数据建立轮胎经验或半经验纵向力模型时，不必在模型中考虑水平偏移和垂直偏移，减少模型参数进而简化轮胎建模。
[0004]为了开展整车NVH性能计算，需要建立一种用于整车振动噪声仿真的轮胎模型建模方法，目前在汽车企业中，整车振动与噪声性能的模拟通常在商用化软件NASTRAN中开展，而具有非线性特征的轮胎模型可以在ABAQUS软件中建立的有限元轮胎模型实现缩减，得到既包括轮胎力学特性，又可集成在整车有限元模型中通过NASTRAN软件实现振动噪声仿真计算的模态轮胎。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法，使仿真工程师能快速地建立轮胎模型，并将其模型有效地用于路面不平度激励引起的整车振动和噪声虚拟仿真中。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法，其在设定的载荷、胎压条件下，通过轮胎实际结构尺寸、材料属性得到精确的轮胎有限元模型，再通过缩减将轮胎有限元模型转化为用于整车线性分析的轮胎缩减模型，该轮胎缩减模型与整车NVH有限元模型相匹配，从而实现在NASTRAN软件中开展轮胎模型和振动噪声性能仿真，为道路振动噪声性能仿真提供了一种新的方法，至少包括以下步骤:
[0008]S1、在设定载荷、胎压条件下，依据轮胎的设计几何参数、材料特性，利用有限元软件ABAQUS对仿真轮胎建模，生成平面内的轮胎截面几何模型；
[0009]S2、通过有限元软件ABAQUS设定轮胎接地、胎压、与轮毂装配的状态，结合SI步骤中生成的轮胎截面几何模型，仿真设定状态下轮胎的力学特性，得出在整车装配工况下仿真力学特性的轮胎截面有限元模型；
[0010]S3、通过S2步骤中生成的轮胎截面有限元模型，由MATLAB程序生成轮胎整体有限元模型，并在ABAQUS软件中得到轮胎模态特性的仿真结果；
[0011]S4、建立缩减程序，通过缩减程序对S3步骤中生成的轮胎整体有限元模型及仿真结果进行模型缩减，得到缩减后的模态轮胎模型。
[0012]进一步的，SI步骤中的设计几何参数包括轮胎内部可预测轮胎力学特性的所有组成结构的几何信息，该组成结构包括有钢丝圈、钢丝带束层、三角胶、帘布层、胎侧结构及胎面；S1步骤中的材料特性包括对应所述所有组成结构的材料属性。
[0013]进一步的，S3步骤中，MATLAB程序创建“ INPcreater.exe”，结合S2步骤中的轮胎截面有限元模型，得出轮胎整体有限元模型文件。S4步骤中，缩减程序创建“MTcreater.exe”，将S3步骤中生成的轮胎整体有限元模型缩减成力学特性等效的模态轮胎模型，此模态轮胎模型可与整车有限元模型进行匹配，从而开展路面激励工况下的车内振动噪声仿真计算。
[0014]本发明提供了一种工程化的轮胎建模方法，并将轮胎整体有限元模型进行自动缩减，工程师即可通过该轮胎建模方法创建轮胎有限元模型，同时利用自动缩减程序获取用于整车振动噪声虚拟仿真的模态轮胎模型，解决了路面激励车内振动噪声虚拟仿真这一关键技术。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的方法流程图；
[0016]图2为本发明中轮胎截面有限元模型图；
[0017]图3为本发明中轮胎整体有限元模型图；
[0018]图4是缩减后的模态轮胎模型图。
[0019]附图标记说明:1_轮辋；3_轮胎整体三维有限元模型；4_PL0T单元；5_零长度质量与弹簧单元重合点；6-MPC单元。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0021]—种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法，其特征在于，在设定的载荷、胎压条件下，通过轮胎实际结构尺寸、材料属性得到精确的轮胎有限元模型，再通过缩减将轮胎有限元模型转化为用于整车线性分析的轮胎缩减模型，该轮胎缩减模型与整车NVH有限元模型相匹配，从而实现在NASTRAN软件中开展轮胎模型和振动噪声性能仿真，为道路振动噪声性能仿真提供了一种新的方法，至少包括以下步骤:
[0022]S1、在设定载荷、胎压条件下，依据轮胎的设计几何参数、材料特性，利用有限元软件ABAQUS对仿真轮胎建模，生成平面内的轮胎截面几何模型；
[0023]S2、通过有限元软件ABAQUS设定轮胎接地、胎压、与轮毂装配的状态，结合SI步骤中生成的轮胎截面几何模型，仿真设定状态下轮胎的力学特性，得出在整车装配工况下仿真力学特性的轮胎截面有限元模型；
[0024]S3、通过S2步骤中生成的轮胎截面有限元模型，由MATLAB程序生成轮胎整体有限元模型，并在ABAQUS软件中得到轮胎模态特性的仿真结果；
[0025]S4、建立缩减程序，通过缩减程序对S3步骤中生成的轮胎整体有限元模型及仿真结果进行模型缩减，得到缩减后的模态轮胎模型。
[0026]进一步的，SI步骤中的设计几何参数包括轮胎内部可预测轮胎力学特性的所有组成结构的几何信息，该组成结构包括有钢丝圈、钢丝带束层、三角胶、帘布层、胎侧结构及胎面；S1步骤中的材料特性包括对应所述所有组成结构的材料属性。
[0027]进一步的，S3步骤中，MATLAB程序创建“ INPcreater.exe”，结