CN113626936A - 一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆摩擦异响预测技术领域，具体为一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置，该方法包括以下步骤：S200：获取仿真过程中仿真节点对的仿真相对位移和仿真相对加速度；S100：通过摩擦异响试验获取仿真节点对的试验相对位移和试验相对加速度作为评价标准，试验节点对与仿真节点对一一对应；S200和S100仅作为区分，并不能代表步骤的先后顺序，在完成S100和S200后执行S300步骤，S300：根据评价标准对仿真相对位移和仿真相对加速度进行判断生成预测结果。采用本方案能够解决现有技术中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

一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆摩擦异响预测技术领域，具体为一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置。

背景技术

车辆异响主要包括摩擦异响、撞击异响和共振异响，是一种对于车辆进行评价的常见指标。现有技术中车辆异响的主要测试方法是在样车生产出来后，通过对样车进行路测，从而检测出车辆发生异响的部位，进而对发生异响的部位进行重新设计和优化。但是由于异响的检测需在样车生产完成后进行，使得异响检测的等待时间过长，且当样车发生异响时，需重新对车辆的结构进行设计和优化，导致车辆整体的开发周期过长，从而增大开发成本。因此为改善上述问题，目前对于车辆异响的测试主要是通过预测是否存在车辆异响的风险，从而预测异响的位置。

而在车辆异响中，摩擦异响较为常见，目前摩擦异响的位置预测，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的摩擦异响的位置。但是在实际情况中，会出现当某检测节点对被认定为摩擦异响的位置，而使用过程中该检测节点对所在位置发出的异响并不能被车内乘员所感知，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汽车摩擦异响风险预测方法，以解决现有技术中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。

本发明的目的之一在于提供：一种汽车摩擦异响风险预测方法，包括以下步骤：

S200：在构建的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；包括以下步骤：

S100：在与相邻结构对应的材料对上标记试验节点对，并通过摩擦异响试验获取仿真节点对的试验相对位移和试验相对加速度作为评价标准；

S200步骤中还包括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相邻结构的运动平面相同，在赋予接触刚度后对有限元模型施加路谱激励进行仿真；还包括获取仿真过程中的仿真节点的仿真相对加速度；

S300：根据评价标准对仿真相对位移和仿真相对加速度进行判断生成预测结果。

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。

有益效果：S200步骤中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。

S100步骤中的摩擦异响试验为现有技术中较为成熟的测试试验，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。

S300步骤中根据评价标准对仿真相对位移和仿真相对加速度进行判断生成预测结果，一是通过增加加速度指标进行预测，采用多个指标进行预测，能够有效提高预测结果的准确性；二是通过加速度指标反映异响的大小，当加速度越大说明发生相对运动趋势所蕴含的能量也越大，相对运动越剧烈，反之，说明相对运动越平稳。对应的，当相对运动越平稳时，摩擦异响越小，当相对运动越剧烈时，摩擦异响越大。当摩擦异响的响度小于人耳能够感知的响度时，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。通过加速度指标反映摩擦异响的响度，因此根据加速度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，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，相邻结构仅在存在运动平面方向上运动。这样设置的原因是为了与试验过程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，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，使接触刚度的取值大于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。

进一步，S100步骤中通过摩擦异响试验获得多个试验相对位移和试验相对加速度，比较多个试验相对位移的大小，以及比较多个试验相对加速度的大小，以试验相对位移的最小值和试验相对加速度的最小值作为评价标准。

有益效果：通过重复摩擦异响试验获得多个试验相对位移和试验相对加速度，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和试验相对加速度作为评价标准，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，S300步骤具体包括以下步骤：

S301：对比仿真相对位移和评价标准中的试验相对位移，判断仿真相对位移是否小于试验相对位移，若是，则生成第一预测结果，若否，则执行S302；

S302：对比仿真相对加速度和评价标准中的试验相对加速度，判断仿真相对加速度是否小于试验相对加速度，若是，则生成第二预测结果，若否，则生成第三预测结果；

第一预测结果、第二预测结果和第三预测结果构成预测结果。

有益效果：预测结果包括第一预测结果、第二预测结果和第三预测结果，通过S301步骤进行摩擦异响风险判断，即判断仿真节点对是否存在摩擦异响风险，从而对仿真节点对进行摩擦异响风险划分。通过S302步骤进行感知判断，即判断仿真节点对是否能够被车内乘员感知，从而对仿真节点进行感知划分。针对于不同的仿真节点会生成不同的预测结果，根据预测结果可选择不同的后续操作，从而避免对存在摩擦异响但摩擦异响并未对车内乘员造成影响的仿真节点进行重新进行设计、优化和预测，导致开发成本的浪费以及增大开发周期的情况。

本发明的目的之二在于提供：一种汽车摩擦异响风险预测装置，应用上述权利要求中任一项的一种汽车摩擦异响风险预测方法。

有益效果：实现对摩擦异响风险的预测，并在风险预测的基础上增加车内乘员的感知情况，从而生成不同的预测结果，便于根据不同的预测结果执行不同的后续操作，合理化的执行不同操作，有效的降低开放成本的浪费以及缩短开发周期。

进一步，包括载物台、压力装置、牵引装置、采集装置和分析装置，载物台用于放置汽车实车的相邻结构，相邻结构包括叠放的上方零件和下方零件；压力装置用于向上方零件施加竖直向下的作用力，使上方零件和下方零件保持接触的状态；牵引装置用于向下方零件施加平行于载物台表面的另一作用力，使上方零件和下方零件发生相对移动；采集装置用于采集上方零件和下方零件在相对移动的过程中产生的位移信息、加速度信息和声响信息，并发送给分析装置；分析装置用于在接收到声响信息时，获取相同时域下的位移信息和加速度信息作为试验相对位移和试验相对加速度。

有益效果：载物台为相邻结构提供支撑，便于放置相邻结构。压力装置用于向上方零件施加作用力，保持作用力的大小即能保持上方零件和下方零件的接触状态以及接触的作用力。牵引装置用于向下方零件施加另一作用力，从而使得两零件发生相对位移，即制作触发摩擦异响的条件。采集装置用于采集试验过程中的各种数据，便于后续分析装置进行分析获得试验结果。分析装置对采集的数据进行分析，当接收到声响信息时，即说明相邻结构在此条件下发生摩擦异响，因此获取相同时域下的位移信息和加速度信息作为试验相对位移和试验相对加速度。

进一步，采集装置包括加速度传感器，加速度传感器用于采集上方零件和下方零件在相对移动的过程中产生的加速度信息。

有益效果：通过加速度传感器获取加速度信息，使用方便，精度高。

附图说明

图1为本发明一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置实施例的流程图；

图2为本发明一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置实施例基于仿真相对位移和试验相对位移的曲线图；

图3为本发明一种汽车摩擦异响风险预测方法及装置实施例基于仿真相对加速度和试验相对加速度的曲线图。

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

一种汽车摩擦异响风险预测方法，如附图1所示，包括以下步骤：

S100步骤，具体包括以下步骤：

S101：获取相邻结构的材料对进行试验，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。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，在两零件的接触面上标记有试验节点对。

S102：将试验构件固定在材料摩擦异响试验台上，通过摩擦异响试验获取试验结果，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。

S103：通过摩擦异响试验获得多个试验相对位移和试验相对加速度，比较多个试验相对位移的大小，以及比较多个试验相对加速度的大小，以试验相对位移的最小值和试验相对加速度的最小值作为评价标准。

摩擦异响试验具体包括以下步骤：

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，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，第二作用力不变，则两试验构件移动的相对加速度不变。

当两试验构件分离时，重新使两试验构件上下叠放，调整第二作用力，并保持第一作用力，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相对加速度作为试验相对加速度，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，记录的试验相对加速度和试验相对位移的数量为多个，将多个试验相对加速度和试验相对位移中的最小值作为评价标准。

S200步骤，具体包括以下步骤：

S201：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，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。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。

S202：在有限元模型的两零件的接触面上分别标记有若干仿真节点，接触面为相邻结构最可能发生相对位移的区域。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。

S203：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，运动平面与后续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，S202步骤为：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。S203步骤为：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加速度时以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加速度即为仿真相对位移和仿真相对加速度。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。

S204：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加速度，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。在其他实施例中，也可利用Hypermesh软件自身的求解器optistruct求解，从而获取到分析结果。分析结果为时域范围的相对位移和相对加速度，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方向的多个仿真相对位移构成仿真相对位移数组{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。

相对加速度为每一仿真节点对在每一个分析时刻对应的一个相对加速度，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方向的多个仿真相对加速度构成仿真相对加速度数组{AX1t}和{AY1t}。根据以下公式获取仿真节点对在t时刻的仿真相对加速度，计算出每一组仿真节点对在整个仿真实验内的仿真相对加速度数组{ALit}：

式中，ALit为t时刻第i组仿真节点对的仿真相对加速度，AXit²为t时刻第i组仿真节点对在X方向上的仿真相对加速度，AYit²为t时刻第i组仿真节点对在Y方向上的仿真相对加速度。

S100和S200仅用于区分两步骤，并不作为先后顺序，例如可先执行S100再执行S200，或者先执行S200再执行S100，也可以是同时执行S100和S200。在执行完S100和S200后，执行S300。在本实施例中，同时执行S100和S200。

S300步骤具体包括以下步骤：

S301：对比多个仿真相对位移中的最大值和评价标准中的试验相对位移，判断仿真相对位移的最大值是否小于试验相对位移，若是，则生成第一预测结果，若否，则执行S302；

S302：对比多个仿真相对加速度中的最大值和评价标准中的试验相对加速度，判断仿真相对加速度的最大值是否小于试验相对加速度，若是，则生成第二预测结果，若否，则生成第三预测结果；

第一预测结果、第二预测结果和第三预测结果构成预测结果，第一预测结果为不存在异响风险，第二预测结果为仿真节点对存在不构成影响的异响风险，第三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，根据S100步骤获取该相邻结构对应材料对的多个试验相对位移和多个试验相对加速度，根据S200获取该相邻结构对应的有限元模型的每一节点对的多个仿真相对位移和多个仿真相对加速度，如附图2、附图3所示。将多个试验相对位移中的最小值作为试验相对位移，将多个试验相对加速度中的最小值作为试验相对加速度，将多个仿真相对位移中的最大值作为该仿真节点对的仿真相对位移，将多个仿真相对加速度中的最大值作为该仿真节点对的仿真相对加速度。

根据附图2可知，编号为1004、1005、1006、1007、1012、1015、1017、1018、1019、1023和1027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1007、1008、1013、1018和1024的节点对的仿真相对加速度大于试验相对加速度，综合附图2、附图3可知，编号为1004、1005、1006、1012、1015、1017、1019、1023和1027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。编号为1007和1018的节点对的仿真相对位移大于试验相对位移，且仿真相对加速度大于试验相对加速度，所以必然存在较大的异响风险，而其余19个节点对均不存在异响风险。

一种汽车摩擦异响风险预测装置，应用上述的一种汽车摩擦异响风险预测方法，其包括载物台、压力装置、牵引装置、采集装置和分析装置。

载物台用于放置汽车实车的相邻结构，相邻结构包括叠放的上方零件和下方零件，上方零件和下方零件存在接触关系。

压力装置用于向上方零件施加竖直向下的第一作用力，使上方零件和下方零件保持接触的状态，通过施加第一作用力，使得上方零件和下方零件之间的作用力保持一致，即上方零件和下方零件之间的摩擦系数不变。

牵引装置用于向下方零件施加平行于载物台表面的第二作用力，使上方零件和下方零件发生相对移动，通过牵引装置使得上方零件和下方零件发生移动，即具备产生摩擦异响的条件。

采集装置用于采集上方零件和下方零件在相对移动的过程中产生的位移信息、加速度信息和声响信息，并发送给分析装置。采集装置在本实施例中包括位移传感器、加速度传感器和收音麦克风，位移传感器用于检测试验节点对的位移信息，加速度传感器用于检测试验节点对的加速度信息，收音麦克风用于检测试验节点对发生摩擦异响的声响信息。

分析装置用于在接收到声响信息时，获取相同时域下的位移信息和加速度信息作为试验相对位移和试验相对加速度。

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)

1.一种汽车摩擦异响风险预测方法，包括以下步骤：

S200：在构建的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：包括以下步骤：

S100：在与相邻结构对应的材料对上标记试验节点对，并通过摩擦异响试验获取仿真节点对的试验相对位移和试验相对加速度作为评价标准；

S200步骤中还包括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相邻结构的运动平面相同，在赋予接触刚度后对有限元模型施加路谱激励进行仿真；还包括获取仿真过程中的仿真节点的仿真相对加速度；

S300：根据评价标准对仿真相对位移和仿真相对加速度进行判断生成预测结果。

2.根据权利要求1所述的一种汽车摩擦异响风险预测方法，其特征在于：接触刚度大于500N/mm。

3.根据权利要求1所述的一种汽车摩擦异响风险预测方法，其特征在于：S100步骤中通过摩擦异响试验获得多个试验相对位移和试验相对加速度，比较多个试验相对位移的大小，以及比较多个试验相对加速度的大小，以试验相对位移的最小值和试验相对加速度的最小值作为评价标准。

4.根据权利要求3所述的一种汽车摩擦异响风险预测方法，其特征在于：S300步骤具体包括以下步骤：

S301：对比仿真相对位移和评价标准中的试验相对位移，判断仿真相对位移是否小于试验相对位移，若是，则生成第一预测结果，若否，则执行S302；

S302：对比仿真相对加速度和评价标准中的试验相对加速度，判断仿真相对加速度是否小于试验相对加速度，若是，则生成第二预测结果，若否，则生成第三预测结果；

第一预测结果、第二预测结果和第三预测结果构成预测结果。

5.一种汽车摩擦异响风险预测装置，其特征在于：应用上述权利要求1-4任一项的一种汽车摩擦异响风险预测方法。

6.根据权利要求5所述的一种汽车摩擦异响风险预测装置，其特征在于：包括载物台、压力装置、牵引装置、采集装置和分析装置，

载物台用于放置相邻结构，相邻结构包括叠放的上方零件和下方零件；

压力装置用于向上方零件施加竖直向下的作用力，使上方零件和下方零件保持接触的状态；

牵引装置用于向下方零件施加平行于载物台表面的另一作用力，使上方零件和下方零件发生相对移动；

采集装置用于采集上方零件和下方零件在相对移动的过程中产生的位移信息、加速度信息和声响信息，并发送给分析装置；

分析装置用于在接收到声响信息时，获取相同时域下的位移信息和加速度信息作为试验相对位移和试验相对加速度。

7.根据权利要求6所述的一种汽车摩擦异响风险预测装置，其特征在于：采集装置包括加速度传感器，加速度传感器用于采集上方零件和下方零件在相对移动的过程中产生的加速度信息。

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