CN103577617A - 极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法，包括以下步骤：1)数据采集模块采集极限工况下的外界输入数据、动力总成质心和悬置点位置数据，并将采集到的数据传输给数据处理器；2)数据处理器根据接收到的采集数据，通过查表法确定动力总成的非线性悬置的刚度，计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据，并将计算结果传输给数据输出模块；3)数据输出模块输出悬置位移和载荷数据，分别用于限位校核和疲劳分析。与现有技术相比，本发明具有快捷、精确、节约设计时间和成本等优点。

Description

极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法

技术领域

本发明涉及一种汽车动力总成悬置系统领域的方法，尤其是涉及一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法。

背景技术

近年来，随着科技进步与生活品质日益提高，人们对汽车性能的要求不仅仅局限于动力性燃油经济性等，汽车乘坐舒适性正在成为关注的焦点。其中动力总成的振动对汽车乘坐舒适性的影响最为突出。在悬置系统设计过程中，极限工况时动力总成悬置刚度为非线性，目前在求解悬置位移和载荷时的通常做法是将悬置非线性刚度分段线性化，但由于极限工况下悬置不同主轴方向限位要求各不相同，“三段法”的实际计算比较繁杂，另外“三段法”只考虑三种比较典型的工况，拟合出的曲线为近似结果，在此基础上求解出的动力总成悬置位移和载荷缺乏精度，结果存在较大误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快捷、精确、节约设计时间和成本的极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法，包括以下步骤：

1)数据采集模块采集极限工况下的外界输入数据、动力总成质心和悬置点位置数据，并将采集到的数据传输给数据处理器；

2)数据处理器根据接收到的采集数据，通过查表法确定动力总成的非线性悬置的刚度，计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据，并将计算结果传输给数据输出模块；

3)数据输出模块输出悬置位移和载荷数据，分别用于限位校核和疲劳分析。

所述的外界输入数据包括极限工况下沿着x轴、y轴、z轴的作用力和绕x轴、y轴、z轴的转矩。

所述的计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据的具体步骤包括：

1)建立极限工况下静态载荷施加后动力总成系统的振动微分方程

KX-F＝0

其中，X＝(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)^T为广义坐标矢量，x、y、z为三向平动位移，θ_x、θ_y、θ_z为绕x轴、y轴、z轴的旋转位移；K＝f(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)是非线性刚度矩阵，F＝(F_x F_y F_z M_x M_y M_z)^T是极限工况下的外界输入矩阵，F_x、F_y、F_z分别为沿着x轴、y轴、z轴的作用力，M_x、M_y、M_z分别为绕x轴、y轴、z轴的输入转矩；

2)根据动力总成质心的位置计算各悬置点的位移：

$U_i=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_i\\ \mathrm{\Δ}{y}_i\\ \mathrm{\Δ}{z}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& z_i& -y_i\\ 0& 1& 0& -z_i& 0& x_i\\ 0& 0& 1& y_i& -x_i& 0\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cccccc}x& y& z& {\mathrm{\θ}}_x& {\mathrm{\θ}}_y& {\mathrm{\θ}}_z\end{array}\right]}^T=B_{i}q$

其中，x_i、y_i、z_i为第i个悬置点与动力总成质心的坐标差值， $B_i=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& z_i& -y_i\\ 0& 1& 0& -z_i& 0& x_i\\ 0& 0& 1& y_i& -x_i& 0\end{array}\right]$ 为位置转移矩阵，q＝[x y z θ_x θ_y θ_z]^T；

3)根据第i个悬置点的位移计算第i个悬置点的非线性刚度：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{\mathrm{ui}}=k\left(\mathrm{\Δ}{x}_i\right)\\ k_{\mathrm{vi}}=k\left(\mathrm{\Δ}{y}_i\right)\\ k_{\mathrm{wi}}=k\left(\mathrm{\Δ}{z}_i\right)\end{array}\right.$

则第i个悬置点的刚度矩阵 $k_i=\left[\begin{array}{ccc}{k}_{\mathrm{ui}}& & \\ & k_{\mathrm{vi}}& \\ & & k_{\mathrm{wi}}\end{array}\right],$ k_ui、k_vi、k_wi分别为第i个悬置在u向、v向、w向的刚度；

则总刚度矩阵 $K=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i^T{T}_i^T{k}_i{T}_i{B}_i,$

其中，方向转移矩阵 $T_i=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ui}}& {\cos \mathrm{\β}}_{\mathrm{ui}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{ui}}\\ \cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{vi}}& {\cos \mathrm{\β}}_{\mathrm{vi}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{vi}}\\ \cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{wi}}& \cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{wi}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{wi}}\end{array}\right],$ n为悬置点的个数，α_ui、β_ui、γ_ui为α_ui、β_ui、γ_ui分别为第i个悬置u向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角，α_vi、β_vi、γ_vi为第i个悬置v向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角，α_wi、β_wi、γ_wi为第i个悬置w向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角；

4)计算动力总成悬置在动力总成坐标系中的载荷F_i：

F_i＝T_i·k_i·inv(T_i)·U_i

其中，U_i为动力总成坐标系下悬置点的位移，inv(T_i)为方向转移矩阵的逆阵。

与现有技术相比，本发明方法建立了悬置刚度与悬置位移间的非线性函数关系，将动力总成悬置位移和载荷的计算模块化，这样可以快捷、精确的计算出极限工况下动力总成的位移和载荷，为疲劳试验做准备，同时节约试验的时间和成本。

附图说明

图1为本发明的计算流程框图；

图2为本发明非线性刚度矩阵K的计算框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法，包括以下步骤：

1)数据采集模块采集极限工况下的外界输入数据、动力总成质心和悬置点的位置数据，并将采集到的数据传输给数据处理器，外界输入数据包括极限工况下沿着x轴、y轴、z轴的作用力和绕x轴、y轴、z轴的转矩；

2)数据处理器根据接收到的采集数据，通过查表法确定动力总成的非线性悬置的刚度，计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据，并将计算结果传输给数据输出模块；

3)数据输出模块输出悬置位移和载荷数据，分别用于限位校核和疲劳分析。

如图2所示，计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据的具体步骤包括：

1)建立极限工况下静态载荷施加后动力总成系统的振动微分方程

KX-F＝0

其中，X＝(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)^T为广义坐标矢量，x、y、z为三向平动位移，θ_x、θ_y、θ_z为绕x轴、y轴、z轴的旋转位移；K＝f(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)是非线性刚度矩阵，F＝(F_x F_y F_z M_x M_y M_z)^T是极限工况下的外界输入矩阵，F_x、F_y、F_z分别为沿着x轴、y轴、z轴的作用力，M_x、M_y、M_z分别为绕x轴、y轴、z轴的输入转矩；

2)根据动力总成质心的位置计算各悬置点的位移：

$U_i=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_i\\ \mathrm{\Δ}{y}_i\\ \mathrm{\Δ}{z}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& z_i& -y_i\\ 0& 1& 0& -z_i& 0& x_i\\ 0& 0& 1& y_i& -x_i& 0\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cccccc}x& y& z& {\mathrm{\θ}}_x& {\mathrm{\θ}}_y& {\mathrm{\θ}}_z\end{array}\right]}^T=B_{i}q$

其中，x_i、y_i、z_i为第i个悬置点与动力总成质心的坐标差值， $B_i=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& z_i& -y_i\\ 0& 1& 0& -z_i& 0& x_i\\ 0& 0& 1& y_i& -x_i& 0\end{array}\right]$ 为位置转移矩阵，q＝[x y z θ_x θ_y θ_z]^T；

3)根据第i个悬置点的位移计算第i个悬置点的非线性刚度：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{\mathrm{ui}}=k\left(\mathrm{\Δ}{x}_i\right)\\ k_{\mathrm{vi}}=k\left(\mathrm{\Δ}{y}_i\right)\\ k_{\mathrm{wi}}=k\left(\mathrm{\Δ}{z}_i\right)\end{array}\right.$

则第i个悬置点的刚度矩阵 $k_i=\left[\begin{array}{ccc}{k}_{\mathrm{ui}}& & \\ & k_{\mathrm{vi}}& \\ & & k_{\mathrm{wi}}\end{array}\right],$ k_ui、k_vi、k_wi分别为第i个悬置在u向、v向、w向的刚度；

则总刚度矩阵 $K=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i^T{T}_i^T{k}_i{T}_i{B}_i,$

其中，方向转移矩阵 $T_i=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ui}}& {\cos \mathrm{\β}}_{\mathrm{ui}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{ui}}\\ \cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{vi}}& {\cos \mathrm{\β}}_{\mathrm{vi}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{vi}}\\ \cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{wi}}& \cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{wi}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{wi}}\end{array}\right],$ n为悬置点的个数，α_ui、β_ui、γ_ui为α_ui、β_ui、γ_ui分别为第i个悬置u向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角，α_vi、β_vi、γ_vi为第i个悬置v向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角，α_wi、β_wi、γ_wi为第i个悬置w向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角；

4)计算动力总成悬置在动力总成坐标系中的载荷F_i：

F_i＝T_i·k_i·inv(T_i)·U_i

其中，U_i为动力总成坐标系下悬置点的位移，inv(T_i)为方向转移矩阵的逆阵。

本发明方法建立了悬置刚度与悬置位移间的非线性函数关系，将动力总成悬置位移和载荷的计算模块化，这样可以快捷、精确的计算出极限工况下动力总成的位移和载荷，用于限位校核和疲劳分析，同时节约试验的时间和成本。

Claims (3)

1.一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)数据采集模块采集极限工况下的外界输入数据、动力总成质心和悬置点位置数据，并将采集到的数据传输给数据处理器；

2)数据处理器根据接收到的采集数据，通过查表法确定动力总成的非线性悬置的刚度，计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据，并将计算结果传输给数据输出模块；

3)数据输出模块输出悬置位移和载荷数据，分别用于限位校核和疲劳分析。

2.根据权利要求1所述的一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法，其特征在于，所述的外界输入数据包括极限工况下沿着x轴、y轴、z轴的作用力和绕x轴、y轴、z轴的转矩。

3.根据权利要求2所述的一种极限工况汽车动力总成悬置位移和载荷数据处理方法，其特征在于，所述的计算极限工况动力总成悬置位移和载荷数据的具体步骤包括：

1)建立极限工况下静态载荷施加后动力总成系统的振动微分方程

KX-F＝0

其中，X＝(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)^T为广义坐标矢量，x、y、z为三向平动位移，θ_x、θ_y、θ_z为绕x轴、y轴、z轴的旋转位移；K＝f(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)是非线性刚度矩阵，F＝(F_x F_y F_z M_x M_y M_z)^T是极限工况下的外界输入矩阵，F_x、F_y、F_z分别为沿着x轴、y轴、z轴的作用力，M_x、M_y、M_z分别为绕x轴、y轴、z轴的输入转矩；

2)根据动力总成质心的位置计算各悬置点的位移：

$U_i=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_i\\ \mathrm{\Δ}{y}_i\\ \mathrm{\Δ}{z}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& z_i& -y_i\\ 0& 1& 0& -z_i& 0& x_i\\ 0& 0& 1& y_i& -x_i& 0\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cccccc}x& y& z& {\mathrm{\θ}}_x& {\mathrm{\θ}}_y& {\mathrm{\θ}}_z\end{array}\right]}^T=B_{i}q$

其中，x_i、y_i、z_i为第i个悬置点与动力总成质心的坐标差值， $B_i=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& z_i& -y_i\\ 0& 1& 0& -z_i& 0& x_i\\ 0& 0& 1& y_i& -x_i& 0\end{array}\right]$ 为位置转移矩阵，q＝[x y z θ_x θ_y θ_z]^T；

3)根据第i个悬置点的位移计算第i个悬置点的非线性刚度：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{\mathrm{ui}}=k\left(\mathrm{\Δ}{x}_i\right)\\ k_{\mathrm{vi}}=k\left(\mathrm{\Δ}{y}_i\right)\\ k_{\mathrm{wi}}=k\left(\mathrm{\Δ}{z}_i\right)\end{array}\right.$

则第i个悬置点的刚度矩阵 $k_i=\left[\begin{array}{ccc}{k}_{\mathrm{ui}}& & \\ & k_{\mathrm{vi}}& \\ & & k_{\mathrm{wi}}\end{array}\right],$ k_ui、k_vi、k_wi分别为第i个悬置在u向、v向、w向的刚度；

则总刚度矩阵 $K=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i^T{T}_i^T{k}_i{T}_i{B}_i,$

其中，方向转移矩阵 $T_i=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ui}}& {\cos \mathrm{\β}}_{\mathrm{ui}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{ui}}\\ \cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{vi}}& {\cos \mathrm{\β}}_{\mathrm{vi}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{vi}}\\ \cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{wi}}& \cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{wi}}& {\cos \mathrm{\γ}}_{\mathrm{wi}}\end{array}\right],$ n为悬置点的个数，α_ui、β_ui、γ_ui为α_ui、β_ui、γ_ui分别为第i个悬置u向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角，α_vi、β_vi、γ_vi为第i个悬置v向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角，α_wi、β_wi、γ_wi为第i个悬置w向与动力总成坐标系下x轴、y轴、z轴的夹角；

4)计算动力总成悬置在动力总成坐标系中的载荷F_i：

F_i＝T_i·k_i·inv(T_i)·U_i

其中，U_i为动力总成坐标系下悬置点的位移，inv(T_i)为方向转移矩阵的逆阵。

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