CN108563834A - 汽车排气系统多路径振动传递分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车排气系统多路径振动传递分析方法，包含以下步骤：试验工况信号处理步骤：根据试验工况下测得的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，计算获得传递率函数矩阵；实际工况信号获取步骤：测量获取实际工况数据，所述实际工况数据包含振源参考点实际响应信号；贡献量占比计算步骤：根据传递率函数矩阵与振源参考点实际响应信号，计算获得传递路径贡献量占比。本发明提供的分析方法操作便捷高效，并具有较高精度，能够满足实际工程应用的要求。

Description

汽车排气系统多路径振动传递分析方法

技术领域

本发明涉及机械系统减振降噪领域，具体地，涉及一种汽车排气系统多路径振动传递分析方法。

背景技术

汽车运行过程中排气系统的振动对车内乘客舒适性具有较大影响。具体原因为动力总成在工作时通过波纹管将激励传递给排气系统，排气系统通过吊耳组件将激励进一步传递到车身，引起较大车内振动，从而使车内乘坐舒适性下降。因此汽车排气系统振动的有效控制对改善车内乘坐环境具有重要的工程意义。通过在振动传递路径上施加阻尼材料是对汽车排气系统振动传递抑制的一种行之有效的方法，其中的关键在于对于振动传递路径的准确识别。目前对于汽车排气系统振动传递识别方法主要通过车身模态试验法，这种方法需要将车身用柔软的绳子吊起或空气弹簧支撑起来进行测试，得到车身模态特征后才能识别具体振动源和传递路径，对实验条件要求较高，不利于现代工程中对于高效、快捷的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种汽车排气系统多路径振动传递分析方法。

根据本发明提供的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，包含以下步骤：

试验工况信号处理步骤：根据试验工况下测得的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，计算获得传递率函数矩阵；

实际工况信号获取步骤：测量获取实际工况数据，所述实际工况数据包含振源参考点实际响应信号；

贡献量占比计算步骤：根据传递率函数矩阵与振源参考点实际响应信号，计算获得传递路径贡献量占比。

优选地，所述试验工况信号处理步骤包含以下步骤：

参考点设置步骤：选取汽车的动力总成各悬置上方位置作为振源参考点，选取排气管附近位置为目标分析参考点；

试验工况信号获取步骤：所述试验工况包含多个运行工况，测量每种运行工况下的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号；

传递率函数矩阵建立步骤：根据振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，建立并求解运行工况传递路径方程，获得传递率函数矩阵。

优选地，试验工况信号获取步骤中，对振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号进行傅立叶变换；

实际工况信号获取步骤中，对实际工况数据进行傅立叶变换。

优选地，试验工况信号获取步骤中，运行工况的种类数大于等于振源参考点数量；

采用加速度传感器测量振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号。

优选地，传递率函数矩阵建立步骤包含以下步骤：

运行工况传递路径方程构建步骤：构建每个频率点下的运行工况传递路径方程：

Y＝XT

式中：Y为截断前的目标分析参考点试验响应信号矩阵；X为截断前的振源参考点试验响应信号矩阵；T为截断前的传递率函数矩阵；

y为目标分析参考点试验响应信号；op为运行工况；l为目标分析参考点数目；s为工况总数；y_l(ops)为第s种运行工况下、第l个目标分析参考点的目标分析参考点试验响应信号；

x为振源参考点试验响应信号；n为振源参考点个数；x_n(ops)为第s种运行工况下、第n个振源参考点的振源参考点试验响应信号；

t为传递率；t_nl为第n个振源分析参考点对第l个目标分析参考点的传递率；

运行工况传递路径方程求解步骤：对X进行奇异值分解：

X＝UΛ^-1V^T

式中：U为第一正交列向量，U为酉矩阵；U＝[u₁,u₂,...,u_s],u为正交列向量元素，u_s为第s个正交列向量元素；U∈R^s×s，R^s×s表示s×s阶实矩阵集；

Λ为第一奇异值矩阵，Λ＝diag[σ₁,σ₂,...,σ_n]；diag为对角矩阵标志；σ为奇异值；σ_n为第n个奇异值；σ₁≥σ₂≥,...,≥σ_r≥σ_r+1＝,...,＝σ_n，r为矩阵Λ的秩；Λ∈R^s×n，R^s×n表示s×n阶实矩阵集，s≥n；

V为第一正交行向量，V为酉矩阵；V＝[v₁,v₂,...,v_n]，v为正交行向量元素，v_n为第n个正交列向量元素；V∈R^n×n，R^n×n表示n×n阶实矩阵集；

截断处理步骤：按以下公式计算前j个奇异值σ₁～σ_j的累计贡献率：

取累计贡献率为设定值对Λ进行截断，并删去多余的行，得到第二奇异值矩阵删去U中对应的列得到第二正交列向量

截断后传递率函数矩阵计算步骤：按以下公式计算获得截断后的传递率函数矩阵

式中：为经过截断处理后的振源参考点试验响应信号矩阵；

为的伪逆，

优选地，贡献量占比计算步骤包含以下步骤：

目标分析参考点实际合成信号计算步骤：根据如下公式计算目标分析参考点实际合成信号矩阵

式中：X′为振源参考点实际响应信号矩阵；

单独贡献量计算步骤：在每个频率点上将每个振源参考点实际响应信号矩阵单独与相乘，得到振源参考点对应的传递路径对目标分析参考点的贡献量：

式中：X′_pathi为保留第i个振源参考点对应元素的振源参考点实际响应信号矩阵；

x′_i(ops)为第s种运行工况下、i个振源参考点的振源参考点实际响应信号；

为第i个振源参考点对应的目标分析参考点实际合成信号矩阵，构成所述贡献量；

排序占比计算步骤：对贡献量进行大小排序，对比获得不同传递路径的贡献量占比。

优选地，实际工况信号获取步骤中，实际工况数据还包含目标分析参考点实际响应信号；

试验工况信号处理步骤还包含模型准确性验证步骤：对比目标分析参考点实际响应信号矩阵Y′与目标分析参考点实际合成信号矩阵的吻合度，验证的准确性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的分析方法操作便捷高效，并具有较高精度，能够满足实际工程应用的要求；

2、本发明分析汽车排气系统设计试验工况并测量工况数据，通过试验采集到的数据构造系统传递方程，运用奇异值分解算法求解方程，得到传递率函数矩阵，然后测量实际工况下汽车排气系统振源参考点的响应信号，并将实际工况下测量的振源参考点信号与构造的传递率函数矩阵相乘，得到每条传递路径贡献量结果；进而，

3、对不同的路径贡献量进行排序得到各个传递路径贡献量占比，完成针对汽车排气系统的工况传递路径分析过程；

4、本发明能够避免对汽车排气系统进行操作复杂的模态分析，快速、高效地完成振源传递路径识别过程。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为排气系统及目标分析参考点位置示意图；

图2为合成信号与实际信号对比图；

图3为总响应及各传递路径贡献量示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，包含以下步骤：试验工况信号处理步骤：根据试验工况下测得的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，计算获得传递率函数矩阵；实际工况信号获取步骤：测量获取实际工况数据，所述实际工况数据包含振源参考点实际响应信号；贡献量占比计算步骤：根据传递率函数矩阵与振源参考点实际响应信号，计算获得传递路径贡献量占比。

所述试验工况信号处理步骤包含以下步骤：参考点设置步骤：选取汽车的动力总成各悬置上方位置作为振源参考点，选取排气管附近位置为目标分析参考点；试验工况信号获取步骤：所述试验工况包含多个运行工况，测量每种运行工况下的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号；传递率函数矩阵建立步骤：根据振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，建立并求解运行工况传递路径方程，获得传递率函数矩阵。试验工况信号获取步骤中，对振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号进行傅立叶变换；实际工况信号获取步骤中，对实际工况数据进行傅立叶变换。试验工况信号获取步骤中，运行工况的种类数大于等于振源参考点数量；采用加速度传感器测量振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号。

传递率函数矩阵建立步骤包含以下步骤：

运行工况传递路径方程构建步骤：构建每个频率点下的运行工况传递路径方程：

Y＝XT

式中：Y为截断前的目标分析参考点试验响应信号矩阵；X为截断前的振源参考点试验响应信号矩阵；T为截断前的传递率函数矩阵；y为目标分析参考点试验响应信号； op为运行工况；l为目标分析参考点数目；s为工况总数；y_l(ops)为第s种运行工况下、第l个目标分析参考点的目标分析参考点试验响应信号；x为振源参考点试验响应信号；n为振源参考点个数；x_n(ops)为第s种运行工况下、第n个振源参考点的振源参考点试验响应信号；t为传递率；t_nl为第n个振源分析参考点对第l个目标分析参考点的传递率；

运行工况传递路径方程求解步骤：对X进行奇异值分解：

X＝UΛ^-1V^T

式中：U为第一正交列向量，U为酉矩阵；U＝[u₁,u₂,...,u_s],u为正交列向量元素，u_s为第s个正交列向量元素；U∈R^s×s，R^s×s表示s×s阶实矩阵集；Λ为第一奇异值矩阵，Λ＝diag[σ₁,σ₂,...,σ_n]；diag为对角矩阵标志；σ为奇异值；σ_n为第n个奇异值；σ₁≥σ₂≥,...,≥σ_r≥σ_r+1＝,...,＝σ_n，r为矩阵Λ的秩；Λ∈R^s×n，R^s×n表示s×n阶实矩阵集， s≥n；V为第一正交行向量，V为酉矩阵；V＝[v₁,v₂,...,v_n]，v为正交行向量元素，v_n为第n个正交列向量元素；V∈R^n×n，R^n×n表示n×n阶实矩阵集；

截断处理步骤：按以下公式计算前j个奇异值σ₁～σ_j的累计贡献率：

取累计贡献率为设定值对Λ进行截断，并删去多余的行，得到第二奇异值矩阵优选地，所述设定值为90％，删去U中对应的列得到第二正交列向量

截断后传递率函数矩阵计算步骤：按以下公式计算获得截断后的传递率函数矩阵

式中：为经过截断处理后的振源参考点试验响应信号矩阵；为的伪逆，

贡献量占比计算步骤包含以下步骤：

目标分析参考点实际合成信号计算步骤：根据如下公式计算目标分析参考点实际合成信号矩阵

式中：X′为振源参考点实际响应信号矩阵；

单独贡献量计算步骤：在每个频率点上将每个振源参考点实际响应信号矩阵单独与相乘，得到振源参考点对应的传递路径对目标分析参考点的贡献量：

式中：X′_pathi为保留第i个振源参考点对应元素的振源参考点实际响应信号矩阵；x′_i(ops)为第s种运行工况下、i个振源参考点的振源参考点实际响应信号；为第i个振源参考点对应的目标分析参考点实际合成信号矩阵，构成所述贡献量；

排序占比计算步骤：对贡献量进行大小排序，对比获得不同传递路径的贡献量占比。

优选地，实际工况信号获取步骤中，实际工况数据还包含目标分析参考点实际响应信号Y′；试验工况信号处理步骤还包含模型准确性验证步骤：对比Y′与的吻合度，验证的准确性。

优选实施方式：

1)将汽车动力总成设置若干试验工况，选取动力总成各悬置上方位置作为振源参考点，排气管附近位置为目标分析参考点,见附图1。每种试验工况具体设置为：

试验工况	工况1	工况2	工况3	工况4
					动力总成转速	960r/min	1080r/min	2100r/min	3000r/min

2)使汽车点火在每种试验工况下运行，使用加速度传感器测量每一种试验工况下振源参考点和目标分析参考点的响应信号，得到所有试验工况下的振源和目标分析参考点的响应数据，并进行傅立叶变换；

3)通过前两步采集到的所有试验工况数据构造运行工况传递路径系统方程，奇异值分解算法求解实验工况中多个运行工况传递路径系统方程，得到传递率函数矩阵；

4)测量实际工况下汽车动力总成振源参考点和排气管附近目标分析参考点的实际响应信号，实际工况具体设置为动力总成转速3350r/min；

5)在每一个频率上将步骤4)中得到的每个振源参考点实际响应信号单独和步骤3) 中得到的传递率函数矩阵相乘，得到每条传递路径对目标分析参考点的贡献量。根据贡献量进行大小排序，得到不同传递路径的贡献量占比，完成运行工况传递路径分析。

将采用本发明所得到的目标分析参考点实际合成信号矩阵和目标分析参考点实际响应信号矩阵Y′进行对比如附图2所示。进一步地，分析振源参考点通过各个传递路径对目标分析参考点的贡献度，如附图3所示。运用本方法能够识别在汽车排气系统振动响应主要峰值频率点，从振源动力总成通过不同传递路径的贡献量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，包含以下步骤：

试验工况信号处理步骤：根据试验工况下测得的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，计算获得传递率函数矩阵；

实际工况信号获取步骤：测量获取实际工况数据，所述实际工况数据包含振源参考点实际响应信号；

贡献量占比计算步骤：根据传递率函数矩阵与振源参考点实际响应信号，计算获得传递路径贡献量占比。

2.根据权利要求1所述的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，所述试验工况信号处理步骤包含以下步骤：

参考点设置步骤：选取汽车的动力总成各悬置上方位置作为振源参考点，选取排气管附近位置为目标分析参考点；

试验工况信号获取步骤：所述试验工况包含多个运行工况，测量每种运行工况下的振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号；

传递率函数矩阵建立步骤：根据振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号，建立并求解运行工况传递路径方程，获得传递率函数矩阵。

3.根据权利要求2所述的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，试验工况信号获取步骤中，对振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号进行傅立叶变换；

实际工况信号获取步骤中，对实际工况数据进行傅立叶变换。

4.根据权利要求2所述的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，试验工况信号获取步骤中，运行工况的种类数大于等于振源参考点数量；

采用加速度传感器测量振源参考点试验响应信号与目标分析参考点试验响应信号。

5.根据权利要求2所述的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，传递率函数矩阵建立步骤包含以下步骤：

运行工况传递路径方程构建步骤：构建每个频率点下的运行工况传递路径方程：

Y＝XT

式中：Y为截断前的目标分析参考点试验响应信号矩阵；X为截断前的振源参考点试验响应信号矩阵；T为截断前的传递率函数矩阵；

y为目标分析参考点试验响应信号；op为运行工况；l为目标分析参考点数目；s为工况总数；y_l(ops)为第s种运行工况下、第l个目标分析参考点的目标分析参考点试验响应信号；

x为振源参考点试验响应信号；n为振源参考点个数；x_n(ops)为第s种运行工况下、第n个振源参考点的振源参考点试验响应信号；

t为传递率；t_nl为第n个振源分析参考点对第l个目标分析参考点的传递率；

运行工况传递路径方程求解步骤：对X进行奇异值分解：

X＝UΛ^-1V^T

式中：U为第一正交列向量，U为酉矩阵；U＝[u₁,u₂,...,u_s],u为正交列向量元素，u_s为第s个正交列向量元素；U∈R^s×s，R^s×s表示s×s阶实矩阵集；

Λ为第一奇异值矩阵，Λ＝diag[σ₁,σ₂,...,σ_n]；diag为对角矩阵标志；σ为奇异值；σ_n为第n个奇异值；σ₁≥σ₂≥,...,≥σ_r≥σ_r+1＝,...,＝σ_n，r为矩阵Λ的秩；Λ∈R^s×n，R^s×n表示s×n阶实矩阵集，s≥n；

V为第一正交行向量，V为酉矩阵；V＝[v₁,v₂,...,v_n]，v为正交行向量元素，v_n为第n个正交列向量元素；V∈R^n×n，R^n×n表示n×n阶实矩阵集；

截断处理步骤：按以下公式计算前j个奇异值σ₁～σ_j的累计贡献率：

取累计贡献率为设定值对Λ进行截断，并删去多余的行，得到第二奇异值矩阵删去U中对应的列得到第二正交列向量

截断后传递率函数矩阵计算步骤：按以下公式计算获得截断后的传递率函数矩阵

式中：为经过截断处理后的振源参考点试验响应信号矩阵；

为的伪逆，

6.根据权利要求5所述的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，贡献量占比计算步骤包含以下步骤：

目标分析参考点实际合成信号计算步骤：根据如下公式计算目标分析参考点实际合成信号矩阵

式中：X′为振源参考点实际响应信号矩阵；

单独贡献量计算步骤：在每个频率点上将每个振源参考点实际响应信号矩阵单独与相乘，得到振源参考点对应的传递路径对目标分析参考点的贡献量：

式中：X′_pathi为保留第i个振源参考点对应元素的振源参考点实际响应信号矩阵；

x′_i(ops)为第s种运行工况下、i个振源参考点的振源参考点实际响应信号；

为第i个振源参考点对应的目标分析参考点实际合成信号矩阵，构成所述贡献量；

排序占比计算步骤：对贡献量进行大小排序，对比获得不同传递路径的贡献量占比。

7.根据权利要求6所述的汽车排气系统多路径振动传递分析方法，其特征在于，实际工况信号获取步骤中，实际工况数据还包含目标分析参考点实际响应信号；

试验工况信号处理步骤还包含模型准确性验证步骤：对比目标分析参考点实际响应信号矩阵Y′与目标分析参考点实际合成信号矩阵的吻合度，验证的准确性。