< Terug naar vorige pagina

Project

Op weg naar virtuele NVH-prestatiebeoordeling van banden: voorspelling van dynamische band/wegdek contact- en naafkrachten met behulp van een volledig voorspellende efficiënte simulatiemethode

Omwille van de negatieve invloed van omgevingsgeluid op de gezondheid heeft de Europese Commissie een vermindering van verkeersgeluid van 10 dB(A) vooropgesteld voor 2020. Voertuigproducenten trachten hiertoe bij te dragen door het ontwerp van de voertuigen aan te passen zodat deze minder verkeersgeluid opwekken. Band/wegdekgeluid levert een belangrijke bijdrage aan het verkeersgeluid, en kan opgedeeld worden in exterieurgeluid en interieurgeluid. Exterieurgeluid wordt waargenomen door omstaanders, terwijl interieurgeluid vooral wordt waargenomen door de bestuurder en passagiers van een wagen. Om te voldoen aan de eisen gesteld door zowel de overheid als industrie, trachten bandenproducenten daarom om zowel het exterieur- als interieurband/wegdekgeluid te verminderen. Hierbij moeten er echter meer dan 50 verschillende bandenprestaties gelijktijdig geoptimaliseerd worden, waarbij hiervan de meeste ook nog eens gekoppeld zijn: een aanpassing van één prestatie beinvloedt ook meerdere andere. Hierdoor moeten de ontwerpers dus verschillende prestaties per ontwerp balanceren ten opzichte van elkaar. Om de prestaties van een bandenontwerp te beoordelen, wordt typisch een experimentele aanpak gehanteerd die gepaard gaat met een hoge arbeidskost en tijdsduur betreffende het bouwen en testen van de verschillende voorgestelde ontwerpen. Om te voldoen aan de toenemende vraag om in een kortere tijd geoptimaliseerde banden te ontwerpen, waarbij de verschillende gekoppelde prestaties gelijktijdig geoptimaliseerd zijn, zouden voorspellende numerieke methodes gebruikt kunnen worden in plaats van de inefficiënte, dure experimentele methodes.

In deze dissertatie wordt daarom een volledig voorspellende en efficiënte numerieke methode voorgesteld om de band/wegdek interieurgeluid-prestatie van een band te beoordelen. Hierbij worden de dynamische band/wegdek contact- en naafkrachten ten gevolge van het rollen met een constante rolsnelheid over een ruw wegdek berekend. Op basis van het frequentiespectrum van de verticale naafkracht wordt de Geluid, Trilling en Ruwheid (GTR)-prestatie van de band in het 0–400Hz frequentiegebied berekend en gehanteerd als een indicatie van het band/wegdek interieurgeluid. De voorgestelde methode levert de volgende bijdrages aan de huidige state-of-the-art:

- De uitbreiding en beschrijving van Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE)-gebaseerde niet-lineaire structurele Eindige Elementen (EE) bandenmodellen naar volledig gekoppelde vibro-akoestische bandenmodellen, waarbij de geconvecteerde Helmholtz-vergelijking wordt gebruikt om de lucht-caviteit akoestiek te beschrijven en flexibele velg-dynamica in rekening wordt gebracht
- Een constraint-gebaseerde contactmechanica benadering die de ALE-beschrijving exploiteert om de band/wegdek rol-interactie te beschrijven
- De toepassing en gebruik van niet-lineare modelreductie op de bandenmodellen, waarbij een op voorhand berekende niet-lineaire modale reductiebasis gebruikt wordt
- Toepassing en uitbreiding van de Multi-Expansion Modal (MEM) hyper-reductie methode op de bandenmodellen

Zoals aangetoond in deze dissertatie, is de voorgestelde methode gemiddeld gezien, zonder optimalisatie van de implementatie, tien keer sneller dan de experimentele aanpak, d.i. uren/dagen in plaats van weken. Twee verschillende studies worden gebruikt om de voorgestelde methode te valideren en het potentiële gebruik ervan aan te tonen. In een eerste studie wordt het effect van de bandendruk op het frequentiespectrum van de verticale naafkracht nagegaan. In een tweede studie worden vier verschillende banden gebouwd en getest. Gebruik makende van de frequentiespectra van de verticale naafkrachten worden deze vier banden gerangschikt op basis van hun GTR-prestatie. Een goede overeenkomst tussen de experimentele en numerieke resultaten wordt aangetoond voor beide studies. Voorts kunnen op basis van de numerieke resultaten dezelfde objectieve ontwerp-beslissingen genomen worden, wat opnieuw de kwaliteit en het potentiële gebruik van de methode benadrukt.

Op basis van de goede overeenkomst tussen de experimentele en numerieke resultaten, kan dus besloten worden dat de voorgestelde methode een goedkoper en efficiënter alternatief voor de experimentele aanpak zou kunnen zijn. De voorgestelde methode zou ook kunnen dienen als vertrekpunt voor een volledig voorspellende en holistische virtuele ontwerpmethode voor geoptimaliseerde bandenontwerpen, waarbij meerdere/alle bandenprestaties gelijktijdig worden geoptimaliseerd en de methode toelaat om efficiënt een grote hoeveelheid ontwerpen uit te testen.

Datum:1 nov 2015 →  4 dec 2019
Trefwoorden:virtual sensing, model order reduction, MOR
Disciplines:Controlesystemen, robotica en automatisatie, Ontwerptheorieën en -methoden, Mechatronica en robotica, Computertheorie
Project type:PhD project