CN113609593A - 基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆摩擦异响预测的技术领域，具体为一种基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，包括以下步骤：在有限元模型的相邻结构上标记仿真节点对，并对有限元模型施加路谱激励进行仿真，获取仿真过程中仿真节点对的仿真相对位移和仿真相对压力；在与相邻结构相同的材料对上标记试验节点对，并通过摩擦异响试验获取试验节点对的试验相对位移和试验相对压力作为评价标准；根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果。采用本方案能够解决现有技术中摩擦异响位置预测准确度不高，以及无法根据车内乘员对摩擦异响的感知情况来判断是否对该位置重新进行设计、优化和测试，导致开发成本的浪费以及增大开发周期的技术问题。

Description

基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法

技术领域

本发明涉及车辆摩擦异响预测的技术领域，具体为一种基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法。

背景技术

汽车摩擦异响是车辆异响中的一种，主要是指两相互接触的部件之间发生不应有的相对运动、两相互接触的部件之间摩擦系数不兼容、部件设计存在不足和异响敏感区域结构振动过大等发出的声响。由于在驾驶过程中车辆异响的出现会对车内乘员造成干扰，例如声响过大造成驾驶员的不适，甚至引发驾驶员的烦躁情绪，在此情况下容易导致交通事故的发生。为了提高车内乘员的体验感以及避免因车辆异响造成驾驶员的不适等情况，因此对于车辆异响的测试也是十分重要的。

现有技术中对于车辆异响的测试主要是通过预测是否存在摩擦异响的风险，从而预测摩擦异响的位置。通常是在汽车仿真模型中设置检测节点对，并对汽车仿真模型施加路谱激励，采集检测节点对的相对位移，同时获取试验中发生摩擦异响的异响位移，当相对位移大于异响位移时，即认定该检测节点对为预测存在摩擦异响风险的位置。但是在实际情况中，摩擦异响的出现并非仅与位移相关，摩擦异响在不同试验条件下发生摩擦异响的异响位移是不同的，仅以位移进行预测，使得预测结果的准确度不高。

同时目前针对于存在摩擦异响风险的结构，需要重新进行设计、优化和测试，但是在使用过程中某些存在摩擦异响风险的结构并不能被车内乘员感知，也就是说该检测节点对所在位置发出的异响并不会对车内乘员造成影响。对于上述检测节点对所在位置，若再次进行设计、优化和测试，其实是对开发成本的浪费，同时也会增大车辆的整体开发周期。

发明内容

本发明意在提供一种基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，以解决现有技术中摩擦异响位置预测准确度不高，以及无法根据车内乘员对摩擦异响的感知情况来判断是否对该位置重新进行设计、优化和测试，导致开发成本的浪费以及增大开发周期的技术问题。

本发明提供基础方案是：基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，包括以下步骤：

在有限元模型的相邻结构上标记仿真节点对，并对有限元模型施加路谱激励进行仿真，获取仿真过程中仿真节点对的仿真相对位移；还包括以下步骤：

获取仿真过程中仿真节点对的仿真相对压力；

在与相邻结构相同的材料对上标记试验节点对，并通过摩擦异响试验获取试验节点对的试验相对位移和试验相对压力作为评价标准；

根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果；

在对有限元模型施加路谱激励前，为仿真节点对赋予与运动平面垂直的接触刚度，运动平面与摩擦异响试验中相邻结构的运动平面相同。

名词说明：有限元模型为现有技术中通过软件构建的相邻结构的模型；相邻结构为汽车中存在接触关系的两个零件；路谱激励为仿真实验中为模拟汽车在不同道路上行驶的工况，而作为汽车振动输入的路面不平度。

基础方案的有益效果是：

通过对有限元模型施加路谱激励进行仿真，以获得更贴近真实驾驶情况的汽车振动情况，使得仿真结果更贴近于汽车真实行驶的结果，提高仿真结果的准确性。

摩擦异响试验测试精度高，将摩擦异响试验获得的试验结果作为评价标准，与直接将汽车自身的指标作为评价标准相比，将试验结果作为评价标准充分考虑了汽车在行驶过程中的影响因素，降低在以评价标准进行分析判断的误判情况，有助于提高后续预测结果的准确性。

根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果，增加压力指标，一是因为压力的大小与异响的发生存在必要联系，压力越大产生异响的概率更高，而相应的压力越小产生异响的概率更低，通过增加指标进行预测，能够有效提高预测结果的准确性。二是通过压力指标反映摩擦异响的能量，当压力越大，摩擦异响的能量越大，则摩擦异响的频率越高，同样的当压力越小，摩擦异响的能量越小，则摩擦异响的频率越低，对于人耳而言，能够听到的频率范围在20赫兹至20000赫兹之间，当摩擦异响的频率低于人耳能够听到的频率时，该摩擦异响并不会被车内乘员感知到，即不会对车内乘员造成影响。通过压力指标反映摩擦异响的能量，即反映摩擦异响的频率，因此根据压力指标生成的预测结果能够反映车内乘员对摩擦异响的感知情况，从而实现根据车内乘员对摩擦异响的感知情况来判断是否重新进行设计、优化和测试，进一步降低开发成本并缩短开发周期。

在施加路谱激励进行仿真前，为仿真节点赋予与运动平面垂直的接触刚度，赋予接触刚度是为了使仿真过程中，相邻结构仅在运动平面上运动。这样设置的原因是为了与试验步骤中试验相对位移的方向保持一致，从而保证仿真过程和试验过程的一致性，提高预测结果的准确性。同时，接触刚度方向与运动平面垂直，即赋予仿真节点法向接触刚度，从而模拟相邻结构是彼此接触且挤压的，由此实现相邻结构作为整体进行运动的，即当一结构在运动过程中发生抖动时，另一结构随该结构的抖动进行跳动，从而排除撞击异响的干扰，提高预测结果的准确性。除此之外，通过赋予仿真节点对与运动平面垂直的接触刚度，减少局部刚度测试仿真的步骤，由于局部刚度测试仿真操作复杂，且需以仿真结果对相关设备进行调试，难以保证仿真结果的准确性，通过减少局部刚度测试仿真的步骤，降低仿真步骤的操作难度，以及缩短仿真步骤的流程，缩短仿真时间。

进一步，相邻结构为存在接触关系的两个零件，摩擦异响试验具体包括以下步骤：向一零件施加朝向另一零件的第一作用力，对另一零件施加平行于两零件接触面的第二作用力，保持第二作用力，并对第一作用力进行调整，直到试验节点对发出摩擦异响，此时，记录试验节点对之间的位移作为试验相对位移，记录第一作用力作为试验相对压力。

有益效果：第一作用力为使两零件相互挤压的作用力，通过调整第一作用力获取产生摩擦异响情况下的压力，即为试验相对压力。第二作用力为使两零件发生相对运动的作用力，通过第二作用力使两零件发生相对运动作为摩擦异响发生的条件。

进一步，摩擦异响试验中，在记录试验相对位移和试验相对压力后，重复摩擦异响试验步骤，获取多组试验相对位移和对应的试验相对压力；将试验相对位移和试验相对压力作为评价标准时，将试验相对位移中的最小值以及对应的试验相对压力作为评价标准。

有益效果：通过重复摩擦异响试验步骤，获得多组试验相对位移和对应的试验相对压力，有效降低试验过程中因其他因素对试验结果造成影响，以试验相对位移中的最小值以及对应的试验相对压力作为评价标准，选用最严格的评价标准，有效提高预测结果的准确性。

进一步，预测结果包括仿真节点对不存在异响风险、仿真节点对存在不构成影响的异响风险和仿真节点对存在较大异响风险，根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果，具体包括以下步骤：对比仿真相对位移和试验相对位移，当仿真相对位移小于试验相对位移时，预测结果为仿真节点对不存在异响风险，当仿真相对位移不小于试验相对位移时，对比仿真相对压力和试验相对压力；当仿真相对压力小于试验相对压力时，预测结果为仿真节点对存在不构成影响的异响风险，当仿真相对压力不小于试验相对压力时，预测结果为仿真节点对存在较大异响风险。

有益效果：由于不同的预测结果其对应的处理措施有所不同，因此根据摩擦异响风险和异响感知情况生成不同的预测结果，根据预测结果的不同便于后续工作人员执行不同的操作。例如当预测结果为仿真节点对不存在异响风险时，认为通过预测，不进行处理。当预测结果为仿真节点对存在不构成影响的异响风险时，在后续其余汽车的设计开发中进行改进。当预测结果为仿真节点对存在较大异响风险，则重新进行设计、优化和预测。

进一步，每组仿真节点对包括两个仿真节点，相邻结构为存在接触关系的两个零件，同组仿真节点分别位于两零件的接触面上。有益效果：仿真节点设置在接触面上，当存在摩擦异响风险时，仿真节点所在位置即为摩擦异响风险所在位置，通过仿真节点的设置能够准确、快速的得知存在摩擦异响风险的位置。

进一步，同组仿真节点的位置一一对应。有益效果：同组仿真节点的位置一一对应，即两仿真节点之间的距离即为仿真相对位移，由此降低获取仿真相对位移的难度，便于快速获取仿真相对位移，加快仿真进度。

进一步，接触刚度大于500N/mm。有益效果：一般软内饰刚度较小为10-100N/mm，使刚度的取值大于500N/mm，远远大于一般结构的刚度，从而保证仿真过程和试验过程的一致性。

附图说明

图1为本发明基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法实施例的流程图；

图2为本发明基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法实施例基于仿真相对位移和试验相对位移的曲线图；

图3为本发明基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法实施例基于仿真相对压力和试验相对压力的曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，如附图1所示，包括以下步骤：

获取汽车上相邻结构的材料对，相邻结构为汽车中存在接触关系的两个零件，即两个零件存在相接触的接触面，材料对为标准尺寸的一对试验构件，并在材料对上标记试验节点对。

通过摩擦异响试验获取实验相对位移和试验相对压力，摩擦异响试验具体包括以下步骤：

将试验构件固定在材料摩擦异响试验台上，材料摩擦异响试验台为NVH行业中常用的试验设备，对其结构不再赘述。

设定试验参数，试验参数包括第一作用力、第二作用力等，第一作用力为向试验构件施加的压力，使的两试验构件紧密接触，第二作用力为向试验构件施加的拉力，使得两试验构件发生相对运动。

在本实施例中，使两试验构件上下叠放，通过施加第一作用力使得两试验构件彼此紧密接触。向下方的试验构件施加第二作用力，使其在水平面上进行运动，通过调整第二作用力，使得试验构件保持恒定速度进行运动，直到两试验构件分离或材料摩擦异响试验台采集到摩擦异响。

当两试验构件分离时，重新使两试验构件上下叠放，调整第一作用力，并保持第二作用力，重复上述步骤，直到材料摩擦异响试验台接收到摩擦异响。当材料摩擦异响试验台接收到摩擦异响时，记录此时试验构件的第一作用力作为试验相对压力，记录此时试验构件的相对位移作为试验相对位移。在一次试验中，记录的试验相对压力和试验相对位移的数量为多组，将多组试验相对压力和试验相对位移作为评价标准。

摩擦异响试验完成后，将多组试验相对位移中的最小值以及多组试验相对压力中的试验相对压力作为评价标准。

获取与摩擦异响试验中材料对对应的相邻结构的有限元模型，具体为：利用Hypermesh软件建立两平板结构件的有限元模型，两平板结构件为相邻结构，建立两平板结构件的有限元模型为现有技术，因此不再赘述。在其他实施例中，可根据实车结构构建相邻结构的有限元模型。

在有限元模型的相邻结构上标记仿真节点对，由于相邻结构为汽车中存在接触关系的两个零件，即两个零件存在相接触的接触面，同组仿真节点分别位于两零件的接触面上，两零件接触面上的仿真节点一一对应，一一对应的两个仿真节点构成一组仿真节点对，即每组仿真节点对包括两个一一对应的仿真节点，并对每一组仿真节点对进行编号区分。在另一实施例中，可在有限元模型中相邻结构之间创建bush单元，每个bush单元连接两零件，即bush单元的两端点分别设置在两零件上，bush单元的两端点即为仿真节点对。

对有限元模型添加约束，包括构建坐标系和赋予接触刚度，通过构建坐标系为每一仿真节点赋予坐标值，通过坐标值获取仿真节点对的相对距离。赋予仿真节点对与运动平面垂直的接触刚度，运动平面与摩擦异响试验中材料对的运动平面相同。当相邻结构为上下接触的两零件时，运动平面为水平平面，即为X-Y平面。接触刚度的取值大于500N/mm，在本实施例中，赋予Z接触刚度为1000N/mm，X方向和Y方向的接触刚度为0N/mm。在另一实施例中，为每一bush单元创建对应的局部坐标系，局部坐标系与bush单元一一对应，获取仿真相对位移和仿真相对压力时以bush单元对应的局部坐标系作为参考，bush单元两端点的相对位移和相对压力即为仿真相对位移和仿真相对压力。向每一bush单元的长度方向赋予接触刚度，接触刚度的取值为1000N/mm，向其余两方向赋予取值为0N/mm的接触刚度。

对有限元模型施加路谱激励，利用TABLED1卡片导入实际时域的速度激励值，在其他实施例中，也可导入加速度激励值、位移激励值、力激励值，最后使用RLOAD2卡片创建激励，从而实现对有限元模型施加路谱激励进行仿真。路谱激励为仿真实验中为模拟汽车在不同道路上行驶的工况，而作为汽车振动输入的路面不平度，因此不再赘述。在其他实施例中，也可对有限元模型施加随机激励。

设定分析步数及分析时间间隔，定义仿真实验输出的分析结果为所有仿真节点对的仿真相对位移和仿真相对压力，并将有限元模型导入Nastran软件，相邻结构在运动平面内发生相对运动，并得到分析结果，分析结果为时域范围的相对位移和相对压力，相对位移为每一仿真节点对在每一个分析时刻对应的一个相对位移，即通过分析结果获取相邻结构运动过程中每一仿真节点对在X方向和Y方向的相对位移数组{DXit}和{DYit}。

根据以下公式获取仿真节点对在t时刻的仿真相对位移，计算出每一组仿真节点对在整个仿真实验内的仿真相对位移数组{DLit}：

式中，DLit为t时刻第i组仿真节点对的仿真相对位移，DXit²为t时刻第i组仿真节点对在X方向上的仿真相对位移，DYit²为t时刻第i组仿真节点对在Y方向上的仿真相对位移。

相对压力为每一仿真节点对在每一个分析时刻对应的一个相对压力，即通过分析结果获取整个仿真实验过程中每一仿真节点对的仿真相对压力数组。

在获取到仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准后，根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果，预测结果包括仿真节点对不存在异响风险、仿真节点对存在不构成影响的异响风险和仿真节点对存在较大异响风险。具体包括以下步骤：

对比仿真相对位移数组中的最大值和评价标准中试验相对位移，当仿真相对位移数组中的最大值小于评价标准中试验相对位移时，预测结果为仿真节点对不存在异响风险，当仿真相对位移数组中的最大值等于或大于评价标准中的试验相对位移时，对比仿真相对压力和试验相对压力。

对比仿真相对压力数组中的最大值和评价标准中的试验相对压力时，当仿真相对压力数组中的最大值小于评价标准中的试验相对压力时，预测结果为仿真节点对存在不构成影响的异响风险，当仿真相对压力数组中的最大值等于或小于评价标准中的试验相对压力时，预测结果为仿真节点对存在较大异响风险。

根据本实施例的预测方法对一相邻结构进行测试，在该相邻结构上设置30个节点对并分别进行编号，通过摩擦异响试验获取该相邻结构对应材料对的多组试验相对位移和多组试验相对压力，根据仿真实验获取该相邻结构对应的有限元模型的每一节点对的仿真相对位移数组和仿真相对压力数组。试验相对位移为多组试验相对位移中的最小值，试验相对压力为多组试验相对压力中的最小值，将仿真相对位移数组中的最大值作为该仿真节点对的仿真相对位移，将仿真相对压力数组中的最大值作为该仿真节点对的仿真相对压力，如附图2、附图3所示。

根据附图2可知，编号为1005、1009、1010、1011、1012、1015、1016和1024的节点对所在位置的仿真相对位移大于试验相对位移，根据附图3可知，编号为1009、1010和1015的节点对的仿真相对压力小于试验相对压力，因此可认为编号为1009、1010和1015的节点对存在不构成影响的异响风险，即可将该节点对认为无风险，不进行相关处理。而编号为1005、1011、1012、1016和1024的节点对的仿真相对压力大于试验相对压力，所以必然存在较大的异响风险，其余22个节点对均不存在异响风险。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，包括以下步骤：

在有限元模型的相邻结构上标记仿真节点对，并对有限元模型施加路谱激励进行仿真，获取仿真过程中仿真节点对的仿真相对位移；其特征在于：还包括以下步骤：

获取仿真过程中仿真节点对的仿真相对压力；

在与相邻结构相同的材料对上标记试验节点对，并通过摩擦异响试验获取试验节点对的试验相对位移和试验相对压力作为评价标准；

根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果；

在对有限元模型施加路谱激励前，为仿真节点对赋予与运动平面垂直的接触刚度，运动平面与摩擦异响试验中相邻结构的运动平面相同。

2.根据权利要求1所述的基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，其特征在于：相邻结构为存在接触关系的两个零件，摩擦异响试验具体包括以下步骤：

向一零件施加朝向另一零件的第一作用力，对另一零件施加平行于两零件接触面的第二作用力，保持第二作用力，并对第一作用力进行调整，直到试验节点对发出摩擦异响，此时，记录试验节点对之间的位移作为试验相对位移，记录第一作用力作为试验相对压力。

3.根据权利要求2所述的基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，其特征在于：摩擦异响试验中，在记录试验相对位移和试验相对压力后，重复摩擦异响试验步骤，获取多组试验相对位移和对应的试验相对压力；

将试验相对位移和试验相对压力作为评价标准时，将试验相对位移中的最小值以及对应的试验相对压力作为评价标准。

4.根据权利要求1所述的基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，其特征在于：预测结果包括仿真节点对不存在异响风险、仿真节点对存在不构成影响的异响风险和仿真节点对存在较大异响风险，

根据仿真相对位移、仿真相对压力和评价标准生成预测结果，具体包括以下步骤：

对比仿真相对位移和试验相对位移，当仿真相对位移的小于试验相对位移时，预测结果为仿真节点对不存在异响风险，当仿真相对位移不小于试验相对位移时，对比仿真相对压力和试验相对压力；

当仿真相对压力小于试验相对压力时，预测结果为仿真节点对存在不构成影响的异响风险，当仿真相对压力不小于试验相对压力时，预测结果为仿真节点对存在较大异响风险。

5.根据权利要求1所述的基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，其特征在于：每组仿真节点对包括两个仿真节点，相邻结构为存在接触关系的两个零件，同组仿真节点分别位于两零件的接触面上。

6.根据权利要求5所述的基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，其特征在于：同组仿真节点的位置一一对应。

7.根据权利要求1所述的基于相对位移与相对压力的汽车摩擦异响位置预测方法，其特征在于：接触刚度大于500N/mm。

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