CN112115619B - 一种动力总成颠簸特性的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力总成颠簸特性的计算方法，其包括：步骤1：建立液压悬置惯性通道的非线性阻尼模型；步骤2：建立考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车模型；步骤3：将集总参数代入模型，采用JFNK算法得出仿真结果；步骤4：进行整车动力总成颠簸特性试验，将得出的试验结果与仿真结果相比较以验证模型准确性，得出验证准确性后的集总参数模型；步骤5：利用验证准确性后的集总参数模型对动力总成悬置系统的具体结构及涉及的参数进行优化设计，本发明提高了模型的准确性，通过整车动力总成颠簸特性试验结果和非线性模型仿真结果进行比较，证明本发明方法具有较高的精度，为动力总成悬置系统的匹配设计提供了理论依据。

Description

一种动力总成颠簸特性的计算方法

技术领域

本发明涉及整车NVH技术领域，尤其是涉及一种动力总成颠簸特性的计算方法。

背景技术

如今，人们对汽车舒适性要求越来越高，车辆的NVH(Noise，Vibration andHarshness)特性已经成为衡量汽车制造质量的一个重要标准。动力总成悬置系统对整车NVH性能有着重要影响，而动力总成颠簸是用来描述路面周期激励下，动力总成弹性支撑对整车振动的影响，因此研究动力总成颠簸问题显得尤为重要。

传统的橡胶悬置系统垂向跳动模态频率较低，在路面周期激励下容易引起共振，隔振性能不够优越。液压悬置系统由于其惯性通道的阻尼效应，可保证较高的系统垂向模态频率，从一定程度上避免了系统共振，改善了乘坐舒适性。

在动力总成颠簸特性的计算过程中，对整车的建模尤为重要。目前，很多研究者在整车的建模过程中，假设动力总成刚性支撑，忽略了动力总成悬置系统的影响，但是这样使模型准确度降低。整车建模的目的就是建立座椅导轨和车身在不同路面激励频率和幅值下的响应特性，其中液压悬置惯性通道非线性阻尼的建模尤为重要。目前应用在整车模型中的液压悬置惯性通道阻尼都为线性模型，其无法描述液压悬置惯性通道的幅变特性。

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动力总成颠簸特性的计算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种动力总成颠簸特性的计算方法，包括以下步骤：

步骤1：建立液压悬置惯性通道的非线性阻尼模型；

步骤2：建立考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车模型；

步骤3：将集总参数代入步骤2的模型，采用JFNK算法得出仿真结果；

步骤4：进行整车动力总成颠簸特性试验，将得出的试验结果与仿真结果相比较以验证模型准确性，得出验证准确性后的集总参数模型；

步骤5：利用验证准确性后的集总参数模型对动力总成悬置系统的具体结构及涉及的参数进行优化设计。

进一步地，所述的步骤1中的液压悬置惯性通道的非线性阻尼模型用于准确描述惯性通道阻尼和激励幅值及频率的非线性关系，该模型包括5个集总参数：上液室体积柔度、惯性通道等效截面积、惯性通道液体质量、惯性通道非线性阻尼系数、上液室等效活塞面积，其对应的描述公式为：

式中，C₁表示上液室体积柔度，A_i表示惯性通道等效截面积，m_i表示惯性通道液体质量，B_i表示惯性通道非线性阻尼系数，A_p表示上液室等效活塞面积，X表示激励幅值，w表示激励频率；

进一步地，所述考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车建模，用于表达动力总成颠簸非线性特性，模型中系统位移的描述公式包括18个集总参数：左前轮位移激励、右前轮位移激励、左后轮位移激励、右后轮位移激励、车身Z方向位移、车身绕X轴角位移、车身绕Y轴角位移、簧下左前方位移、簧下右前方位移、簧下左后方位移、簧下右后方位移、动力总成X方向位移、动力总成Y方向位移、动力总成Z方向位移、动力总成绕X轴角位移、动力总成绕Y轴角位移、动力总成绕Z轴角位移、液压悬置惯性通道Z方向位移，其描述公式为：

q_h＝(z_h1,z_h2,z_h3,z_h4)^T

q_b＝(z_b,θ_xb,θ_yb)^T

q_u＝(z_u1,z_u2,z_u3,z_u4)^T

q_p＝(x_p,y_p,z_p,θ_xp,θ_yp,θ_zp)^T

q＝[q_p ^T q_b ^T q_u ^T z_i]^T

式中，z_h1为左前轮位移激励、z_h2为右前轮位移激励、z_h3为左后轮位移激励、z_h4为右后轮位移激励、z_b为车身Z方向位移、θ_xb为车身绕X轴角位移、θ_yb为车身绕Y轴角位移、z_u1为簧下质量左前方位移、z_u2为簧下质量右前方位移、z_u3为簧下质量左后方位移、z_u4为簧下质量右后方位移、x_p为动力总成X方向位移、y_p为动力总成Y方向位移、z_p为动力总成Z方向位移、θ_xp为动力总成绕X轴角位移、θ_yp为动力总成绕Y轴角位移、θ_zp为动力总成绕Z轴角位移、z_i为液压悬置惯性通道Z方向位移。

进一步地，所述考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车建模，用于表达动力总成颠簸非线性特性，模型中系统动能的描述公式包括14个集总参数：动力总成质量、动力总成绕x轴惯量、动力总成绕y轴惯量、动力总成绕z轴惯量、动力总成绕xy轴惯性积、动力总成绕yz轴惯性积、动力总成绕xz轴惯性积、车身质量、车身绕x轴惯量、车身绕y轴惯量、簧下左前方质量、簧下右前方质量、簧下左后方质量、簧下右后方质量，其描述公式为：

式中，m_p表示动力总成质量、I_xx表示动力总成绕x轴惯量、I_yy表示动力总成绕y轴惯量、I_zz表示动力总成绕z轴惯量、I_xy表示动力总成绕xy轴惯性积、I_yz表示动力总成绕yz轴惯性积、I_xz表示动力总成绕xz轴惯性积、m_b表示车身质量、J_x表示车身绕x轴惯量、J_y表示车身绕y轴惯量、m_u1表示簧下左前方质量、m_u2表示簧下右前方质量、m_u3表示簧下左后方质量、m_u4表示簧下右后方质量。

进一步地，所述考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车建模，用于表达动力总成颠簸非线性特性，模型中系统势能的描述公式包括四部分能量：橡胶悬置势能、液压悬置势能、悬架势能、轮胎势能，其描述公式为：

K₂′＝H_i ^TK_hiH_i

K₃′＝E_i ^TK_si′E_i

K₄′＝F_i ^TK_tF_i

K＝K₁′+K₂′+K₃′+K₄′

式中，K′₁表示橡胶悬置势能、K′₂表示液压悬置势能、K′₃表示悬架势能、K′₄表示轮胎势能、B_i表示从输入到橡胶悬置转移矩阵、T_i表示橡胶悬置方向转移矩阵、K_i表示橡胶悬置复刚度或静态矩阵、H_i表示从输入到液压悬置转移矩阵、K_hi表示液压悬置线性刚度矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、K_si’表示悬架刚度矩阵、F_i表示从输入到轮胎转移矩阵、K_t表示轮胎刚度矩阵、K表示系统刚度矩阵。

进一步地，所述考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车建模，用于表达动力总成颠簸非线性特性，模型中系统耗散能的描述公式包括三部分能量：橡胶悬置耗散能、液压悬置耗散能、轮胎耗散能，其描述公式为：

C₂′＝H_Di ^TC_hiH_Di

C＝C₁′+C₂′+C₃′

式中，C′₁表示橡胶悬置耗散能、C′₂表示液压悬置耗散能、C′₃表示轮胎耗散能、B_i表示从输入到橡胶悬置转移矩阵、T_i表示橡胶悬置方向转移矩阵、C_i表示橡胶悬置阻尼矩阵、H_Di表示从输入到液压悬置惯性通道转移矩阵、C_hi表示液压悬置阻尼矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、C_Si’表示悬架阻尼矩阵、C表示系统阻尼矩阵。

进一步地，所述步骤3的JFNK算法包括以下步骤：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)精确度高，本发明的动力总成颠簸特性计算方法，解决了现有线性集总参数模型在描述动力总成颠簸特性时精度不足的问题，更精确地对动力总成颠簸特性进行建模。

(2)流程简单，本发明建模后将模型参数代入得到动力总成颠簸非线性整车模型。通过动力总成颠簸特性整车试验结果和非线性模型仿真结果进行比较，结果证明动力总成颠簸特性的建模和计算方法具有较高的精度，为动力总成悬置系统的匹配设计提供了理论依据，整体流程简单。

附图说明

图1为本发明一种动力总成颠簸特性的计算方法的流程图；

图2为本发明的液压悬置集总参数模型示意图；

图3为本发明中液压悬置非线性动态刚度曲线；

图4为本发明中动力总成颠簸特性整车模型示意图；

图5为本发明中动力总成颠簸非线性特性曲线；

图6为本发明中集总参数模型仿真结果与试验动态特性的对比图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示为本发明方法的整体流程示意图，其具体包括以下步骤：

步骤1：建立液压悬置惯性通道的非线性阻尼模型；

步骤2：建立考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车模型；

步骤3：将集总参数代入步骤2的模型，采用JFNK算法得出仿真结果；

步骤4：进行整车动力总成颠簸特性试验，将得出的试验结果与仿真结果相比较以验证模型准确性，得出验证准确性后的集总参数模型；

步骤5：利用验证准确性后的集总参数模型对动力总成悬置系统的具体结构及涉及的参数进行优化设计。

如图2所示为液压悬置的集总参数模型，该模型包括橡胶主簧、上液室、解耦膜、惯性通道和下液室。动力总成的振动通过橡胶主簧的阻尼作用以及连接上下液室的惯性通道的流动沿程损失和入口、出口的能量损失来达到衰减振动的目的。

根据建立的集总参数模型建立惯性通道阻尼与激励幅值及频率的非线性关系，即惯性通道非线性阻尼方程为：

式中，C₁表示上液室体积柔度，A_i表示惯性通道等效截面积，m_i表示惯性通道液体质量，B_i表示惯性通道非线性阻尼系数，A_p表示上液室等效活塞面积，X表示激励幅值，w表示激励频率；

液压悬置动态刚度可由以下公式计算：

式中，k_r表示主簧刚度，b_r表示主簧阻尼，A_p表示上液室等效活塞面积，C₁表示上液室体积柔度，w₀表示固有频率，ζ₁表示阻尼比。

液压悬置非线性动态特性如图3所示。

动力总成颠簸特性整车模型如图4所示，该模型包括14个自由度，含动力总成的6个自由度，车身的3个自由度和4个簧下自由度，液压悬置惯性通道的1个流体自由度。根据拉格朗日能量法，建立动力总成颠簸特性非线性模型。该模型系统位移描述公式为：

q_h＝(z_h1,z_h2,z_h3,z_h4)^T

q_b＝(z_b,θ_xb,θ_yb)^T

q_u＝(z_u1,z_u2,z_u3,z_u4)^T

q_p＝(x_p,y_p,z_p,θ_xp,θ_yp,θ_zp)^T

q＝[q_p ^T q_b ^T q_u ^T z_i]^T

式中，z_h1为左前轮位移激励、z_h2为右前轮位移激励、z_h3为左后轮位移激励、z_h4为右后轮位移激励、z_b为车身Z方向位移、θ_xb为车身绕X轴角位移、θ_yb为车身绕Y轴角位移、z_u1为簧下质量左前方位移、z_u2为簧下质量右前方位移、z_u3为簧下质量左后方位移、z_u4为簧下质量右后方位移、x_p为动力总成X方向位移、y_p为动力总成Y方向位移、z_p为动力总成Z方向位移、θ_xp为动力总成绕X轴角位移、θ_yp为动力总成绕Y轴角位移、θ_zp为动力总成绕Z轴角位移、z_i为液压悬置惯性通道Z方向位移。

系统质量矩阵可由系统动能表达式得到，模型中系统动能描述公式为：

式中，m_p表示动力总成质量、I_xx表示动力总成绕x轴惯量、I_yy表示动力总成绕y轴惯量、I_zz表示动力总成绕z轴惯量、I_xy表示动力总成绕xy轴惯性积、I_yz表示动力总成绕yz轴惯性积、I_xz表示动力总成绕xz轴惯性积、m_b表示车身质量、J_x表示车身绕x轴惯量、J_y表示车身绕y轴惯量、m_u1表示簧下左前方质量、m_u2表示簧下右前方质量、m_u3表示簧下左后方质量、m_u4表示簧下右后方质量。

系统刚度矩阵可通过计算系统势能得到，系统势能描述公式为：

K₂′＝H_i ^TK_hiH_i

K₃′＝E_i ^TK_si′E_i

K₄′＝F_i ^TK_tF_i

K＝K₁′+K₂′+K₃′+K₄′

式中，K′₁表示橡胶悬置势能、K′₂表示液压悬置势能、K′₃表示悬架势能、K′₄表示轮胎势能、B_i表示从输入到橡胶悬置转移矩阵、T_i表示橡胶悬置方向转移矩阵、K_i表示橡胶悬置复刚度或静态矩阵、H_i表示从输入到液压悬置转移矩阵、K_hi表示液压悬置线性刚度矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、K_si’表示悬架刚度矩阵、F_i表示从输入到轮胎转移矩阵、K_t表示轮胎刚度矩阵、K表示系统刚度矩阵。

系统阻尼矩阵体现在系统耗散能表达式中，系统耗散能描述公式为：

C₂′＝H_Di ^TC_hiH_Di

C＝C₁′+C₂′+C₃′

式中，C′₁表示橡胶悬置耗散能、C′₂表示液压悬置耗散能、C′₃表示轮胎耗散能、B_i表示从输入到橡胶悬置转移矩阵、T_i表示橡胶悬置方向转移矩阵、C_i表示橡胶悬置阻尼矩阵、H_Di表示从输入到液压悬置惯性通道转移矩阵、C_hi表示液压悬置阻尼矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、C_Si′表示悬架阻尼矩阵、C表示系统阻尼矩阵。

将参数代入动力总成颠簸特性整车模型，采用JFNK算法进行求解，具体算法包括以下步骤：

求解得到的动力总成颠簸非线性特性曲线如图5所示。

进行整车动力总成颠簸特性试验，本实验在四通道振动台上完成，控制振动台振动控制车轮处激励的大小，输入信号为0～60Hz的扫频激励，扫频速率为10Hz/min，车轮幅值激励大小为±0.5、±2mm，输入方式为左前轮和右前轮同相激励，并记录加速度传感器测量响应的大小，将得出的试验结果与仿真结果相比较以验证模型准确性，图6为动力总成颠簸特性集总参数模型仿真结果与试验动态特性的对比。从对比可看出，建立的动力总成颠簸特性集总参数模型能够准确预测动力总成颠簸非线性动态特性，为动力总成悬置系统的匹配设计提供了理论基础。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种动力总成颠簸特性的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立液压悬置惯性通道的非线性阻尼模型，用于准确描述惯性通道和激励幅值及频率的非线性关系，所述液压悬置惯性通道的非线性阻尼模型包括5个集总参数：上液室体积柔度、惯性通道等效截面积、惯性通道液体质量、惯性通道非线性阻尼系数、上液室等效活塞面积，其对应的描述公式为：

式中，C₁表示上液室体积柔度，A_i表示惯性通道等效截面积，m_i表示惯性通道液体质量，B_i表示惯性通道非线性阻尼系数，A_p表示上液室等效活塞面积，X表示激励幅值，w表示激励频率；

步骤2：建立考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车模型；

步骤3：将集总参数代入步骤2的模型，采用JFNK算法得出仿真结果；

步骤4：进行整车动力总成颠簸特性试验，将得出的试验结果与仿真结果相比较以验证模型准确性，得出验证准确性后的集总参数模型；

步骤5：利用验证准确性后的集总参数模型对动力总成悬置系统的具体结构及涉及的参数进行优化设计。

2.根据权利要求1所述的一种动力总成颠簸特性的计算方法，其特征在于，所述的步骤2中的考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车建模，用于表达动力总成颠簸非线性特性，所述考虑液压悬置的动力总成颠簸特性整车模型中包括系统位移、系统动能、系统势能及系统耗散能。

3.根据权利要求2所述的一种动力总成颠簸特性的计算方法，其特征在于，所述系统位移的描述公式包括18个集总参数：左前轮位移激励、右前轮位移激励、左后轮位移激励、右后轮位移激励、车身Z方向位移、车身绕X轴角位移、车身绕Y轴角位移、簧下左前方位移、簧下右前方位移、簧下左后方位移、簧下右后方位移、动力总成X方向位移、动力总成Y方向位移、动力总成Z方向位移、动力总成绕X轴角位移、动力总成绕Y轴角位移、动力总成绕Z轴角位移、液压悬置惯性通道Z方向位移，其描述公式为：

q_h＝(z_h1,z_h2,z_h3,z_h4)^T

q_b＝(z_b,θ_xb,θ_yb)^T

q_u＝(z_u1,z_u2,z_u3,z_u4)^T

q_p＝(x_p,y_p,z_p,θ_xp,θ_yp,θ_zp)^T

q＝[q_p ^T q_b ^T q_u ^T z_i]^T

式中，z_h1为左前轮位移激励、z_h2为右前轮位移激励、z_h3为左后轮位移激励、z_h4为右后轮位移激励、z_b为车身Z方向位移、θ_xb为车身绕X轴角位移、θ_yb为车身绕Y轴角位移、z_u1为簧下质量左前方位移、z_u2为簧下质量右前方位移、z_u3为簧下质量左后方位移、z_u4为簧下质量右后方位移、x_p为动力总成X方向位移、y_p为动力总成Y方向位移、z_p为动力总成Z方向位移、θ_xp为动力总成绕X轴角位移、θ_yp为动力总成绕Y轴角位移、θ_zp为动力总成绕Z轴角位移、z_i为液压悬置惯性通道Z方向位移。

4.根据权利要求2所述的一种动力总成颠簸特性的计算方法，其特征在于，所述系统动能的描述公式包括14个集总参数：动力总成质量、动力总成绕x轴惯量、动力总成绕y轴惯量、动力总成绕z轴惯量、动力总成绕xy轴惯性积、动力总成绕yz轴惯性积、动力总成绕xz轴惯性积、车身质量、车身绕x轴惯量、车身绕y轴惯量、簧下左前方质量、簧下右前方质量、簧下左后方质量、簧下右后方质量，其描述公式为：

式中，m_p表示动力总成质量、I_xx表示动力总成绕x轴惯量、I_yy表示动力总成绕y轴惯量、I_zz表示动力总成绕z轴惯量、I_xy表示动力总成绕xy轴惯性积、I_yz表示动力总成绕yz轴惯性积、I_xz表示动力总成绕xz轴惯性积、m_b表示车身质量、J_x表示车身绕x轴惯量、J_y表示车身绕y轴惯量、m_u1表示簧下左前方质量、m_u2表示簧下右前方质量、m_u3表示簧下左后方质量、m_u4表示簧下右后方质量。

5.根据权利要求2所述的一种动力总成颠簸特性的计算方法，其特征在于，所述系统势能的描述公式包括四部分能量：橡胶悬置势能、液压悬置势能、悬架势能、轮胎势能，其描述公式为：

K₂′＝H_i ^TK_hiH_i

K₃′＝E_i ^TK_si′E_i

K₄′＝F_i ^TK_tF_i

K＝K₁′+K₂′+K₃′+K₄′

式中，K′₁表示橡胶悬置势能、K′₂表示液压悬置势能、K′₃表示悬架势能、K′₄表示轮胎势能、B_i表示从输入到橡胶悬置转移矩阵、T_i表示橡胶悬置方向转移矩阵、K_i表示橡胶悬置复刚度或静态矩阵、H_i表示从输入到液压悬置转移矩阵、K_hi表示液压悬置线性刚度矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、K_si’表示悬架刚度矩阵、F_i表示从输入到轮胎转移矩阵、K_t表示轮胎刚度矩阵、K表示系统刚度矩阵。

6.根据权利要求2所述的一种动力总成颠簸特性的计算方法，其特征在于，所述系统耗散能的描述公式包括三部分能量：橡胶悬置耗散能、液压悬置耗散能、轮胎耗散能，其描述公式为：

C₂′＝H_Di ^TC_hiH_Di

C＝C₁′+C₂′+C₃′

式中，C′₁表示橡胶悬置耗散能、C′₂表示液压悬置耗散能、C′₃表示轮胎耗散能、B_i表示从输入到橡胶悬置转移矩阵、T_i表示橡胶悬置方向转移矩阵、C_i表示橡胶悬置阻尼矩阵、H_Di表示从输入到液压悬置惯性通道转移矩阵、C_hi表示液压悬置阻尼矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、C_Si’表示悬架阻尼矩阵、C表示系统阻尼矩阵。

Images