CN110879123A - 一种汽车车身试验扭转刚度的计算方法 - Google Patents

一种汽车车身试验扭转刚度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车车身试验扭转刚度的计算方法,涉及汽车检测技术领域,首先根据车身扭转刚度台架试验测试结果,得到纵梁全测点位移矩阵和插值点位移矩阵;然后结合车身尺寸坐标,计算出插值点扭转角矩阵和计算点扭转角矩阵;最后根据车身扭转刚度修正计算公式,计算出车身旋转轴线偏移后的车身试验扭转刚度。采用本发明所述的车身试验扭转刚度计算方法,可消除车身扭转刚度测试时,约束装置引起的计算误差。

Description

一种汽车车身试验扭转刚度的计算方法
技术领域
本发明属于汽车检测技术领域,具体涉及一种汽车车身试验扭转刚度的计算方法。
背景技术
现代汽车为满足轻量化设计,大多采用承载式车身结构,即车身承载着扭转、弯曲等多种载荷的作用。车身扭转刚度是汽车重要的力学性能参数,用来衡量车身抵抗扭转变形的能力。车身扭转刚度不足,会对汽车的NVH、操稳性和安全性产生影响,同时引起车身闭合件开口变形增大,致使门窗卡死、门窗密封不严,甚至出现漏风、渗雨等问题。因此,车身扭转刚度的计算十分重要。
车身扭转刚度的计算方法主要有数值分析方法和试验测试方法,其中,采用数值分析方法计算车身扭转刚度的通用公式为:
Figure BDA0002302227630000011
式中,Kt为扭转刚度,T为扭转载荷,l2、l3分别为左右后悬架间距、左右前悬架间距,A、B为后悬架弹簧座约束点,C、D为前悬架弹簧座安装孔约束点,δA、δB、δC、δD分别为点A、B、C、D在纵梁上投影点的Z向变形位移。
从目前公开的专利文献可知,在计算车身试验扭转刚度时,其基本采用和数值分析方法相同的计算公式。然而,从奇瑞公开的专利号为CN101281085的专利“乘用车白车身结构静刚度测试系统及其试验方法”,广汽公开的专利号为CN103868697A的专利“乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置”,以及江苏大学公开的专利号为CN102072803A的专利“一种汽车车架刚度测试约束装置”,这些文献均引入了专用约束装置,对车身扭转刚度进行了测试。
实际上,采用上述约束装置后,车身旋转轴线偏移,从而使车身旋转半径发生变化,如仍然采用和数值分析方法相同的计算公式,会导致车身试验扭转刚度计算不准确。通过查询现有文献,均未涉及采用上述约束装置的车身试验扭转刚度的计算方法。
发明内容
本发明提供一种车身试验扭转刚度的计算方法,其目的是消除引入约束装置后,车身旋转轴线偏移引起的车身扭转试验刚度计算误差,从而提高车身试验扭转刚度的计算精度。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
(1)在车身左、右纵梁下表面分别布置i个位移测量点,每个测量点间隔200~300mm。同时,对左、右纵梁位移测量点进行编号,其中,左纵梁对应的位移测量点的编号为Li,右纵梁对应的位移测量点的编号为Ri,编号序号沿车身X轴正向递增。
(2)通过车身扭转刚度试验设备进行车身扭转刚度台架试验。
(3)在步骤(2)车身扭转刚度台架试验测试结果中,分别读取步骤(1)中左、右纵梁位移测量点(编号为Li、Ri)对应的Z向位移δLi、δRi组成的全测点位移矩阵δ1
Figure BDA0002302227630000021
(4)从步骤(3)全测点位移矩阵δ1中提取距左纵梁(右纵梁)加载点(前减振器安装孔)距离最近的前一测量点的位移δLFs-1RFs-1)及后一测量点的位移δLFs+1RFs+1)及距左纵梁(右纵梁)约束点(后弹簧座安装孔)距离最近的前一测量点的位移δRFs-1RRs-1)及后一测量点的位移δRFs+1RRs+1)组成的插值点位移矩阵δ2
Figure BDA0002302227630000022
(5)在整车坐标系中测量车身尺寸,包括加载点和约束点X轴坐标矩阵X1,加载点和约束点前一及后一测量点X轴坐标矩阵X2,加载点和约束点前一及后一测量点Y轴坐标矩阵Y1
Figure BDA0002302227630000023
Figure BDA0002302227630000024
Figure BDA0002302227630000025
(6)根据步骤(4)插值点位移矩阵δ2及步骤(5)车身尺寸参数,并结合车身旋转轴线无偏移车身变形示意图,按照公式分别计算左纵梁(右纵梁)加载点前一测量点扭转角
Figure BDA0002302227630000031
及后一测量点的扭转角及约束点前一测量点扭转角
Figure BDA0002302227630000033
及后一测量点的扭转角
Figure BDA0002302227630000034
组成的插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000035
Figure BDA0002302227630000036
(7)根据步骤(6)插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000037
采用线性插值公式分别计算加载点在左纵梁(右纵梁)上投影点的扭转角
Figure BDA0002302227630000038
及约束点在左纵梁(右纵梁)上投影点的扭转角
Figure BDA0002302227630000039
组成的计算点扭转角矩阵
Figure BDA00023022276300000310
Figure BDA00023022276300000311
(8)引入约束装置后,车身旋转轴线偏移,结合车身旋转轴线偏移后车身变形示意图,对步骤(6)中插值点扭转角矩阵
Figure BDA00023022276300000312
进行修正,修正后的插值点扭转角矩阵记为
Figure BDA00023022276300000313
其计算公式为:
Figure BDA00023022276300000314
式中,h为采用约束装置后约束装置旋转中心距车身下表面的距离。
(9)根据步骤(8)修正后的插值点扭转角矩阵
Figure BDA00023022276300000315
对加载点和约束点扭转角矩阵
Figure BDA00023022276300000316
进行修正,修正后的计算点扭转角矩阵记为
Figure BDA00023022276300000317
其计算公式为:
Figure BDA00023022276300000318
(10)根据步骤(9)计算得到的修正后加载点及约束点在纵梁上投影点的计算点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000041
计算车身旋转轴线偏移后的车身扭转刚度K′t,其计算公式为:
Figure BDA0002302227630000042
式中,T为试验测试时施加的扭矩,K′t1、K′t2分别为车身旋转轴线偏移时修正后的左、右纵梁扭转刚度。
本发明与现有技术相比较具有的有益效果:
(1)本发明所涉及的车身试验扭转刚度计算方法,通过计算距离加载点和约束点最近的前一测量点和后一测量点的扭转角,进行线性插值得到加载点和约束点的扭转角,消除了加载点和约束点局部刚度对车身扭转刚度的影响,计算得到的车身试验扭转刚度更加符合实际。
(2)本发明所涉及的车身试验扭转刚度计算方法,通过对插值点扭转角矩阵和计算点扭转角矩阵的修正,消除了引入专用约束装置后,车身旋转轴线偏移引起的车身扭转试验刚度计算误差,提高了车身试验扭转刚度的计算精度,更有利于指导工程设计。
附图说明
下面对本发明说明书附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
图1为车身试验扭转刚度计算流程图;
图2为车身旋转轴线无偏移车身变形示意图;
图3为车身旋转轴线偏移后车身变形示意图;
图中标记为:MN/BC-试验前车身横向垂直剖面,M'N'/B'C'-试验后车身横向垂直剖面,P/O-约束旋转中心,Q/Q'/D/D'-车身在水平面上的投影,A/A'-试验前、后约束装置与车身铰接点。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明,目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解,并有助于其实施。
(1)选取某款汽车白车身进行车身扭转刚度测试。试验前在车身左、右纵梁下表面分别布置15个位移传感器,每个位移传感器间隔200~300mm,传感器布置位置应能充分反映出车身的扭转变形。对左、右纵梁位移传感器进行编号,其中,左纵梁位移传感器编号(序号沿X轴正向递增)为L1、…、L15,右纵梁位移传感器编号(序号沿X轴正向递增)为R1、…、R15
(2)对该款汽车白车身进行扭转刚度台架试验。
(3)从试验结果中读取左、右纵梁全测点位移矩阵δ1
Figure BDA0002302227630000051
(4)从左、右纵梁全测点位移矩阵δ1中提取插值点位移矩阵δ2
Figure BDA0002302227630000052
(5)在整车坐标系中测量车身加载点和约束点X轴坐标矩阵X1、加载点和约束点前一及后一测量点X轴坐标矩阵X2、加载点和约束点前一及后一测量点Y轴坐标矩阵Y1
Figure BDA0002302227630000053
Figure BDA0002302227630000054
Figure BDA0002302227630000055
(6)如图1所示,车身旋转轴线无偏移,当车身承受扭转载荷(该实施例为2000N·m)时,车身旋转中心为P,车身由变形前MN变为M'N',车身旋转半径为PM或PN。结合插值点位移矩阵δ2和车身坐标矩阵X1、X2、Y1,可计算出左纵梁(右纵梁)插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000056
Figure BDA0002302227630000057
(7)根据插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000058
采用线性插值公式计算计算点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000059
Figure BDA00023022276300000510
(8)如图2所示,引入约束装置后,车身旋转轴线偏移,当车身承受扭转载荷(该实施例为2000N·m)时,车身旋转中心为O,车身由变形前BC变为B'C',车身旋转半径为OB或OC。该实施例中约束装置旋转中心距车身下表面的距离,即OA(或h)取50mm,对插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000061
进行修正,修正后的插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000062
为:
Figure BDA0002302227630000063
(9)根据修正后的插值点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000064
对计算点扭转角矩阵
Figure BDA0002302227630000065
进行修正,修正后的计算点扭转角矩阵记为
Figure BDA0002302227630000066
Figure BDA0002302227630000067
(10)根据修正后的计算点扭转角矩阵记为
Figure BDA0002302227630000068
计算车身旋转轴线偏移后的车身扭转刚度K′t
Figure BDA0002302227630000069
本发明的车身试验扭转刚度计算流程如图3所示。

Claims (8)

1.一种汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、在车身纵梁下表面布置位移传感器,并对其进行编号;
步骤二、调试试验设备进行车身扭转刚度台架试验;
步骤三、根据试验测试结果,读取纵梁位移测点组成的全测点位移矩阵δ1
步骤四、提取插值点位移矩阵δ2
步骤五、测量车身尺寸,包括,加载点和约束点X轴坐标矩阵X1,加载点和约束点前一及后一测量点X轴坐标矩阵X2,加载点和约束点前一及后一测量点Y轴坐标矩阵Y1
步骤六、计算插值点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000011
步骤七、计算计算点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000012
步骤八、计算引入约束装置后修正的插值点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000013
步骤九、计算引入约束装置后修正的计算点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000014
步骤十、计算车身试验扭转刚度K′t
Figure FDA0002302227620000015
式中,T为试验测试时施加的扭矩,K′t1、K′t2分别为车身旋转轴线偏移时修正后的左、右纵梁扭转刚度,
Figure FDA0002302227620000016
Figure FDA0002302227620000017
为引入约束装置后修正的左纵梁加载点及约束点的扭转角矩阵,
Figure FDA0002302227620000018
Figure FDA0002302227620000019
为引入约束装置后修正的右纵梁加载点及约束点的扭转角矩阵。
2.如权利要求1所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于,所述步骤三中,读取纵梁位移测点组成的全测点位移矩阵δ1
Figure FDA00023022276200000110
式中,Li、Ri分别为左、右纵梁位移测量点对应的Z向位移。
3.如权利要求2所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于,所述步骤四中,从全测点位移矩阵δ1中提取插值点位移矩阵δ2
Figure FDA00023022276200000111
式中,δLFs-1、δLFs+1、δLRs-1、δLRs+1分别为距左纵梁加载点于前减振器安装孔处距离最近的前一测量点的位移、后一测量点的位移以及距左纵梁约束点于后弹簧座安装孔处距离最近的前一测量点的位移、后一测量点的位移,δRFs-1、δRFs+1、δRRs-1、δRRs+1分别为为距右纵梁加载点于前减振器安装孔处距离最近的前一测量点的位移、后一测量点的位移以及距右纵梁约束点于后弹簧座安装孔处距离最近的前一测量点的位移、后一测量点的位移。
4.如权利要求1所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于,所述步骤五中,测量加载点和约束点X轴坐标矩阵X1,加载点和约束点前一测量点及后一测量点X轴坐标矩阵X2,加载点和约束点前一测量点及后一测量点Y轴坐标矩阵Y1
Figure FDA0002302227620000021
Figure FDA0002302227620000022
Figure FDA0002302227620000023
5.如权利要求1所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于所述步骤六中,通过以下公式计算插值点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000024
Figure FDA0002302227620000025
6.如权利要求5所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于所述步骤七中,通过以下公式计算计算点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000026
Figure FDA0002302227620000027
7.如权利要求6所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于所述步骤八中,通过以下公式计算引入约束装置后修正的插值点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000028
Figure FDA0002302227620000031
式中,h为采用约束装置后约束装置旋转中心距车身下表面的距离。
8.如权利要求7所述的汽车车身试验扭转刚度的计算方法,其特征在于所述步骤八中,通过以下公式计算引入约束装置后修正的计算点扭转角矩阵
Figure FDA0002302227620000032
Figure FDA0002302227620000033
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