CN108846147B - 一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法 - Google Patents

一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，包括如下步骤：S1、对汽车整车进行有限元建模并进行模态仿真计算；S2、通过试验测试获取汽车振动激励系统信息；S3、将S2步骤所获得的数据导入有限元分析软件；S4、求解计算在每个振动激励系统的三个方向共同作用下、每个振动激励系统的三个方向单独作用下以及全部振动激励系统三个方向共同作用时的频响函数；S5、将有限元分析软件计算的数据导出并导入到数值计算软件中；S6、计算汽车行驶过程中的所述问题点处的每个振动激励系统的贡献量以及每个振动激励系统的每个方向的贡献量。通过该计算分析方法获得的贡献量结果准确，可为汽车的改进设计提供可靠的依据。

Description

一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法
技术领域
本发明涉及汽车振动计算技术领域，具体涉及一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法。
背景技术
在现代车身设计中，车内声学舒适性已成为重要的设计指标之一，也是用户所关心的整车性能指标之一。汽车是一个由激励源(发动机、变速器、排气系统等)、振动传递器(由悬挂系统和连接件组成)和噪声发射器(车身)组成的系统。NVH技术主要通过对噪声源和噪声传播途径的控制来控制整车噪音。随着电子技术的迅速发展，以及汽车工业的不断革新，人们对汽车乘坐的舒适性和车内噪声水平的要求也越来越高。因此车内噪声降低与车身振动的减弱已成为当今亟待解决的问题。
频响函数对研究整车振动、噪声特性有着十分重要的作用。目前，在获取车辆工作时各系统的贡献量时，一般是在所关注的位置布置振动或噪声传感器。车辆工作时，通过对比原状态和屏蔽某一激励系统时响应点的结果来评价该系统的贡献量。但有的激励系统是屏蔽以后可能改变了该激励系统原有的位置，例如排气系统的吊钩或者进气系统的安装点；甚至有的系统是无法屏蔽的，例如发动机的悬置系统，所以通过实车简单的屏蔽某一激励系统的获取贡献量可能是不准确的，具体体现在：
（1）在进行排气系统贡献量试验分析时，拆掉任何一个吊钩连接，排气的安装姿态都会改变，导致其它吊钩的受力情况都不一样，并且该系统的吊钩不可能完全脱掉；
（2）在进行发动机悬置系统贡献量试验分析时，不能拆掉任何一个悬置，这样测试得到的贡献量只能是定性的结果，不能定量分析；
（3）在进行水箱等车辆工作时必备系统贡献量试验分析时，不能将其拆掉，这样测试得到的贡献量只能是定性的结果，不能定量分析；
（4）在获取的激励系统贡献量时基本都是借助试验的方法，这种方法成本较高，耗时多，结果不是很准确。
综上，现有技术中在获取车辆工作时各系统的贡献量时所采用的方法存在如下问题：（1）未获取每个激励系统某个方向单独安装工作时的贡献量；（2）未获取发动机每个悬置单独安装工作时的贡献量；（3）排气振动屏蔽后所测的激励载荷与原状态工作时的真实载荷不符。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种新型的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，所述计算分析方法包括如下步骤：
S1、对汽车整车进行有限元建模并进行模态仿真计算；
S2、通过试验测试获取汽车振动激励系统信息：试验时的的测点位置包括汽车的全部振动激励系统位置处及汽车运行时出现较大振动或产生较大噪声的问题点处，在各个振动激励系统测点位置处布置三向振动加速度传感器，在车内噪声或振动相对较大的位置处布置振动传感器或声学麦克风传感器，获取各试验工况下各振动激励系统的振动加速度信号以及车内噪声或振动相对较大的位置处的振动或噪声信号；
S3、对S2步骤所获得的数据进行处理后导入有限元分析软件，并与有限元模型中已建立的相应载荷进行关联，在汽车整车有限元模型上选取计算输出的响应点，所述响应点的位置与汽车实际行驶时车内噪声或振动相对较大的位置相一致；
S4、通过有限元分析软件求解计算在每个振动激励系统的X、Y、Z三个方向共同作用下、每个振动激励系统的X、Y、Z三个方向单独作用下以及全部振动激励系统X、Y、Z三个方向共同作用时所述响应点处的频响函数；
S5、将有限元分析软件计算的数据导出并导入到数值计算软件中；
S6、利用数值计算软件计算出汽车行驶过程中的所述问题点处的每个振动激励系统的贡献量以及每个振动激励系统的每个方向的贡献量，计算时采用的公式如下：
Figure 9777DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 612404DEST_PATH_IMAGE004
表示贡献量；
Figure 392141DEST_PATH_IMAGE006
表示步骤S4中某个振动激励系统一个、两个或者三个方向单独作用时所述响应点处的输出频率信号；
Figure 725033DEST_PATH_IMAGE008
表示步骤S4中所有振动激励系统共同作用时所述响应点处的输出频率信号。
优选地，步骤S1中，对汽车整车有限元建模时，先对汽车的白车身有限元建模后进行模态仿真计算，并对汽车的白车身进行模态试验，在验证汽车的白车身的有限元模型正确后再在白车身的有限元模型的基础上对汽车整车进行有限元建模并进行模态仿真计算。
优选地，对汽车整车进行模态试验并将试验结果与汽车整车的模态仿真计算结果进行比较以验证汽车整车有限元建模的正确性。
优选地，步骤S2中，汽车的各振动激励系统包括前悬架、前副车架、下摆臂、上摆臂、后副车架、后悬架、冷却模块、前横向稳定杆、动力总成悬置、排气吊挂、进气空滤及拖曳臂。
优选地，步骤S2中的试验工况指汽车实际行驶过程中出问题的各种工况，步骤S2进行时的试验条件需与实际行驶过程中出问题时各工况相一致。
优选地，步骤S2中每个试验工况测试3~5次。
优选地，步骤S2中所述的问题点为驾驶员的头枕位置、汽车座椅和方向盘中的一个或多个。
优选地，在通过步骤S2获得的数据导入有限元分析软件之前，通过滤波器对步骤S2获得的数据进行中低频滤波去噪处理。
优选地，步骤S3中所述响应点为与步骤S2中在车内噪声或振动相对较大的位置处安装加速度传感器或声学麦克风传感器位置相近的点。
优选地，步骤S6中，计算每个振动激励系统每一方向的贡献量时还可采用如下的公式进行计算：
Figure 539405DEST_PATH_IMAGE010
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示贡献量；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示步骤S4中某个振动激励系统一个方向单独作用时所述响应点处的输出频率信号；
Figure 486502DEST_PATH_IMAGE014
表示步骤S4中每个振动激励系统三个方向共同作用时所述响应点处的输出频率信号。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法利用有限元并结合试验测试得到的车辆各振动激励系统处载荷并对其进行频响计算，据此结果计算出某一振动激励系统的贡献量以及某一振动激励系统的某一方向的贡献量，通过该计算分析方法获得的贡献量结果准确，可为汽车的改进设计提供可靠的依据。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法具体包括如下步骤：
（1）在有限元分析软件中对汽车整车进行有限元建模并进行模态仿真计算：
对汽车整车进行有限元建模时，先对汽车的白车身有限元建模后进行模态仿真计算，并对汽车的白车身进行模态试验，待验证汽车的白车身的有限元模型正确后，在白车身的有限元模型的基础上对汽车整车进行有限元建模，然后进行模态仿真计算及对汽车整车进行模态试验，并将试验结果与汽车整车的模态仿真计算结果进行比较，经如此校验，可验证该汽车整车的有限元模型正确，可用于进行后续的计算分析。
（2）通过试验测试获取汽车振动激励系统信息：
试验时的测点位置包括汽车的全部振动激励系统位置处及汽车运行时出现较大振动或产生较大噪声的问题点处，在各个振动激励系统测点位置处即输入点处布置三向振动加速度传感器，在车内噪声或振动相对较大的位置处即问题点处布置振动传感器或声学麦克风传感器，获取各试验工况下各振动激励系统的振动加速度信号以及车内噪声或振动相对较大的位置处的振动或噪声信号。
汽车的振动激励系统包括前悬架、前副车架、下摆臂、上摆臂、后副车架、后悬架、冷却模块、前横向稳定杆、动力总成悬置、排气吊挂、进气空滤及拖曳臂。
本发明中三向振动加速度传感器在汽车各振动激励系统上的具体安装位置如下：前悬架左接附点、前副车架前左安装点、前副车架中左安装点、前副车架后左安装点、下摆臂前左接附点、下摆臂后左接附点、上摆臂前左接附点、上摆臂后左接附点、后副车架前左安装点、后副车架后左安装点、后悬架左接附点、冷却模块上左安装点、冷却模块下左安装点、前横向稳定杆左接附点、前悬架右接附点、前副车架前右安装点、前副车架中右安装点、前副车架后右安装点、下摆臂前右接附点、下摆臂后右接附点、上摆臂前右接附点、上摆臂后右接附点、后副车架前右安装点、后副车架后右安装点、后悬架右接附点、冷却模块上右安装点、冷却模块下右安装点、前横向稳定杆右接附点、动力总成悬置左安装点、动力总成悬置右安装点、动力总成悬置后安装点、排气吊挂安装点、进气空滤安装点及拖曳臂安装点等。
汽车行驶过程中出现问题的问题点一般为驾驶员的头枕位置、汽车座椅和方向盘，当然也可能是汽车的其他部位，这可根据实际的情况来确定，安装三向振动加速度传感器或声学麦克风传感器时可在一个主要的问题点处安装，也可以在多个问题点处都安装。
上述的试验工况指汽车行驶过程中出现问题时的实际工况，上述试验进行时的试验条件需与汽车实际行驶过程中出问题时的各工况相一致，比如说汽车的行驶速度、汽车的载重、汽车的行驶的路面状况等。为提高试验数据的准确性，每个试验工况测试3~5次。
（3）将步骤（2）所获得的数据进行处理后导入有限元分析软件，并与有限元模型中已建立的相应载荷进行关联，在汽车整车有限元模型上选取计算输出的响应点：
由于试验测试得到的振动加速度信号/噪声信号可能会受到外界因素的影响，而且由于有限元分析软件在中低频的仿真结果的准确性较高，故在通过步骤（2）获得振动加速度信号/噪声信号数据导入有限元分析软件之前，需对采集得到的振动加速度信号/噪声信号进行中低频滤波去噪。
响应点的位置应与汽车实际行驶时车内噪声或振动相对较大的位置即问题点的位置相一致，这样，可提高贡献量计算的准确性。具体的，响应点应为汽车整车有限元模型上靠近各问题点处安装三向振动加速度传感器或声学麦克风传感器的位置处。
（4）通过有限元分析软件求解计算在每个振动激励系统的X、Y、Z三个方向共同作用下、每个振动激励系统的X、Y、Z三个方向单独作用下以及全部振动激励系统X、Y、Z三个方向共同作用时响应点处的输出频响函数。
（5）将有限元分析软件计算的数据导出并导入到数值计算软件中。
（6）利用数值计算软件计算出汽车行驶过程中的问题点处的每个振动激励系统的贡献量以及每个振动激励系统的每个方向的贡献量，计算时采用的公式如下：
Figure 753535DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 640851DEST_PATH_IMAGE004
表示贡献量；
Figure 309729DEST_PATH_IMAGE006
表示步骤（4）中某个振动激励系统一个、两个或者三个方向单独作用时响应点处的输出频率信号；
Figure 240776DEST_PATH_IMAGE008
表示步骤（4）中所有振动激励系统共同作用时响应点处的输出频率信号。
在计算某个振动激励系统某一方向的贡献量时还可采用如下的公式进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
式中：
Figure 182056DEST_PATH_IMAGE004
表示贡献量；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示（4）中某个振动激励系统某一方向单独作用时响应点处的输出频率信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示（4）中某个振动激励系统共同作用时响应点处的输出频率信号。
通过上述步骤即可获得汽车行驶过程中各振动激励系统对汽车出现问题时的贡献量，从而可以据此对汽车进行改进性设计，以改善汽车的性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：所述计算分析方法包括如下步骤：
S1、对汽车整车进行有限元建模并进行模态仿真计算；
S2、通过试验测试获取汽车振动激励系统信息：试验时的测点位置包括汽车的全部振动激励系统位置处及汽车运行时出现较大振动或产生较大噪声的问题点处，在各个振动激励系统测点位置处布置三向振动加速度传感器，在车内噪声或振动相对较大的位置处布置振动传感器或声学麦克风传感器，获取各试验工况下各振动激励系统的振动加速度信号以及车内噪声或振动相对较大的位置处的振动或噪声信号；
S3、对S2步骤所获得的数据进行处理后导入有限元分析软件，并与有限元模型中已建立的相应载荷进行关联，在汽车整车有限元模型上选取计算输出的响应点，所述响应点的位置与汽车实际行驶时车内噪声或振动相对较大的位置相一致；
S4、通过有限元分析软件求解计算在每个振动激励系统的X、Y、Z三个方向共同作用下、每个振动激励系统的X、Y、Z三个方向单独作用下以及全部振动激励系统X、Y、Z三个方向共同作用时所述响应点处的频响函数；
S5、将有限元分析软件计算的数据导出并导入到数值计算软件中；
S6、利用数值计算软件计算出汽车行驶过程中的所述问题点处的每个振动激励系统的贡献量以及每个振动激励系统的每个方向的贡献量，计算时采用的公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示贡献量；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示步骤S4中某个振动激励系统一个、两个或者三个方向单独作用时所述响应点处的输出频率信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示步骤S4中所有振动激励系统共同作用时所述响应点处的输出频率信号。
2.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S1中，对汽车整车有限元建模时，先对汽车的白车身有限元建模后进行模态仿真计算，并对汽车的白车身进行模态试验，在验证汽车的白车身的有限元模型正确后再在白车身的有限元模型的基础上对汽车整车进行有限元建模并进行模态仿真计算。
3.根据权利要求1或2所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：对汽车整车进行模态试验并将试验结果与汽车整车的模态仿真计算结果进行比较以验证汽车整车有限元建模的正确性。
4.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S2中，汽车的各振动激励系统包括前悬架、前副车架、下摆臂、上摆臂、后副车架、后悬架、冷却模块、前横向稳定杆、动力总成悬置、排气吊挂、进气空滤及拖曳臂。
5.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S2中的试验工况指汽车实际行驶过程中出问题的各种工况，步骤S2进行时的试验条件需与实际行驶过程中出问题时各工况相一致。
6.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S2中每个试验工况测试3~5次。
7.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S2中所述的问题点为驾驶员的头枕位置、汽车座椅和方向盘中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：在通过步骤S2获得的数据导入有限元分析软件之前，通过滤波器对步骤S2获得的数据进行中低频滤波去噪处理。
9.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S3中所述响应点为与步骤S2中在车内噪声或振动相对较大的位置处安装加速度传感器或声学麦克风传感器位置相近的点。
10.根据权利要求1所述的车辆工作时各振动激励系统贡献量计算分析方法，其特征在于：步骤S6中，计算每个振动激励系统每一方向的贡献量时还可采用如下的公式进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
表示贡献量；
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
表示步骤S4中某个振动激励系统一个方向单独作用时所述响应点处的输出频率信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示步骤S4中每个振动激励系统三个方向共同作用时所述响应点处的输出频率信号。
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基于OPAX方法的驾驶室振动传递路径分析;曾维俊;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅱ辑(月刊)》;20150615(第6期);第C035-77页 *
基于扩展OPAX传递路径方法的轻型客车振动控制研究;宋海生;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 工程科技Ⅱ辑(月刊)》;20120915(第9期);第C035-2页 *

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