CN114722492A - 一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，该方法包括如下步骤：建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真；悬置刚度与阻尼台架试验，进行模型静态校准；建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析；发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准；发动机悬置系统混沌振动识别；发动机悬置系统混沌振动分解。本发明运用振动原理、试验与仿真技术，解决了现有试验与仿真方法无法进行悬置系统混沌振动识别与分解的问题，本发明的分析方法具有较高的适用性和可操作性，并能够精准识别与分解悬置系统混沌振动，为悬置系统的减振设计提供指导。
Description
技术领域
本发明属于悬置系统振动分析技术领域，特别涉及一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法。
背景技术
发动机激励是车辆主要的振动源，对车辆NVH性能的影响至关重要，其中发动机悬置系统是衰减发动机激励与提升车辆NVH性能的关键装置。目前对发动机悬置系统减振设计方法主要是建立发动机悬置系统动力学模型，进行能量解耦设计、固有频率设计、变形设计与隔振率设计，而且各个设计指标之间又是相互联系、相互制约的关系，使得发动机悬置系统减振设计变得困难，导致在实际工作中发动机悬置系统常出现混沌振动现象，进一步加剧了车辆的振动。目前对发动机悬置系统混沌振动的研究资料较少，并缺少发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，使得发动机悬置系统减振设计缺少针对性，而且减振效果也不理想。因此，为了提高发动机悬置系统减振性能，前提条件是能够准确的识别与分解悬置系统混沌振动。为了解决现有试验与仿真方法无法进行悬置系统混沌振动识别与分解的问题，本发明提出一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法与流程，能够精准识别与分解悬置系统混沌振动，并具有较高的适用性和可操作性，为悬置系统的减振设计提供指导。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有试验与仿真方法无法进行悬置系统混沌振动识别与分解的问题，并能够精准识别与分解悬置系统混沌振动，为悬置系统的减振设计提供指导，提供一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法与流程。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法与流程，包括如下步骤：
建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真；
悬置系统刚度与阻尼台架试验，并对发动机悬置系统动力学模型进行静态校准；
建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析；
发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准；
发动机悬置系统混沌振动识别；
发动机悬置系统混沌振动分解。
优选地，上述技术方案中，步骤（1）所述的建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真，包括如下步骤：
采用Hypermesh建立部分车架与发动机悬置支架有限元模型，并计算部分车架与发动机悬置支架模态中性文件；
将部分车架与发动机悬置支架模态中性文件导入ADAMS中，建立部分车架与发动机悬置支架的弹性体模型；
建立发动机与变速箱刚体动力学模型，并设置发动机与变速箱刚体动力学模型的质量参数与转动惯量参数；
采用BUSHING单元将发动机与变速箱刚体动力学模型连接到发动机悬置支架弹性体模型上；
将发动机悬置支架弹性体模型固定在部分车架弹性体模型上；
对部分车架弹性体模型的两端进行固定约束；
在发动机与变速箱刚体动力学模型的质心位置建立强制位移驱动，并进行仿真计算；
分别计算发动机悬置系统X向刚度、Y向刚度与Z向刚度，X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼。
优选地，上述技术方案中，步骤（1）所述的部分车架模型是指发动机与变速箱下方的车架局部模型，起到固定发动机悬置支架的作用。
优选地，上述技术方案中，步骤（2）所述的悬置刚度系统与阻尼台架试验，并对发动机悬置系统动力学模型进行静态校准，包括如下步骤：
采用振动试验台对发动机悬置系统的X向刚度、Y向刚度与Z向刚度进行试验；
采用振动试验台对发动机悬置系统的X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼进行试验；
将发动机悬置系统X向刚度、Y向刚度与Z向刚度的仿真结果与试验结果进行对比，在静态工况下验证发动机悬置系统动力学模型刚度设置的准确性；
将发动机悬置系统X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼的仿真结果与试验结果进行对比，在静态工况下验证发动机悬置系统动力学模型阻尼设置的准确性。
优选地，上述技术方案中，步骤（3）所述的建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析，包括如下步骤：
在发动机与变速箱结合处建立六向力；
建立发动机Z向与Rx向激励载荷数学方程；
根据发动机Z向与Rx向激励载荷数学方程修改六向力；
计算发动机Z向与Rx向载荷时域及频域数据；
进行悬置系统振动仿真分析，并提取悬置主动端与被动端加速度数据，进行悬置系统振动传递率分析与振动幅频特性分析。
优选地，上述技术方案中，步骤（3）所述的六向力固定在发动机上，用来模拟发动机X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向的激励载荷，由于纵置4缸发动机的Z向与Rx向载荷是主要激励源，其他方向载荷可忽略。
优选地，上述技术方案中，步骤（3）所述的悬置主动端是发动机侧，悬置被动端是指车架侧。
优选地，上述技术方案中，步骤（3）所述的悬置系统振动传递率是指车架侧振动加速度除以发动机侧振动加速度所得数值，振动传递率越小，悬置系统隔振性能越好。
优选地，上述技术方案中，步骤（4）所述的发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准，包括如下步骤：
在发动机左悬置、右悬置与后悬置的主动端和被动端分别安装一个三向加速度传感器；
进行发动机怠速工况车辆振动测试，采集三个悬置主动端与被动端的加速度数据；
进行匀速工况车辆振动测试，采集三个悬置主动端与被动端的加速度数据；
将发动机六向力的固定位置与相位设置为优化变量，将三个悬置主动端与被动端的加速度试验数据设置为目标函数；
通过迭代优化仿真确定发动机六向力的固定位置与相位，并根据优化结果修改发动机悬置系统动力学模型；
并将优化后的仿真结果与试验结果进行对比，验证发动机悬置系统动力学模型的准确性。
优选地，上述技术方案中，步骤（4）所述的六向力的固定位置是指在整车坐标系下X向、Y向与Z向坐标；六向力的相位是指在整车坐标系下，六向力的X向载荷与水平夹角。
优选地，上述技术方案中，步骤（5）所述的发动机悬置系统混沌振动识别，包括如下步骤：
对发动机悬置系统进行匀加速工况振动仿真，并提取悬置主动端与被动端振动加速度仿真数据；
对加速度仿真数据进行小波去噪分析；
对小波去噪处理后的振动加速度数据进行谐波与组合谐波分析；
发动机悬置系统振动混沌状态辨识。
优选地，上述技术方案中，步骤（6）所述的发动机悬置系统混沌振动分解，包括如下步骤：
对悬置主动端与被动端的加速度仿真数据进行自相关分析；
去除悬置主动端与被动端加速度仿真数据的随机信号；
对悬置主动端与被动端的加速度仿真数据进行周期信号分解；
计算各个分解信号的贡献。
本发明一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法与流程，运用振动原理、试验与仿真技术，解决了现有试验与仿真方法无法进行悬置系统混沌振动识别与分解的问题，本发明的分析方法具有较高的适用性和可操作性，并能够精准识别与分解悬置系统混沌振动，为悬置系统的减振设计提供指导。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1是本发明的用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的技术流程图。
图2是本发明的发动机悬置系统动力学模型示意图。
图3是本发明的匀加速工况发动机质心振动加速度仿真数据。
图4是本发明的匀加速工况发动机质心振动加速振动分解图。
图5是本发明的匀加速工况发动机质心振动贡献图。
附图标记说明：1、车架模型；2、发动机模型；3、左悬置；4、右悬置；5、后悬置。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明的主旨在于，为了解决现有试验与仿真方法无法进行悬置系统混沌振动识别与分解的问题，通过本发明提供一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法与流程以解决上述问题，有效提高发动机悬置系统混沌振动识别与分解精度，为悬置系统的减振设计提供指导。
参见图1与图2，本发明一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法与流程，包括如下步骤：
建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真。
建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真的步骤为：
采用Hypermesh建立部分车架与发动机悬置支架有限元模型，并计算部分车架与发动机悬置支架模态中性文件；
将部分车架与发动机悬置支架模态中性文件导入ADAMS中，建立部分车架与发动机悬置支架的弹性体模型；
建立发动机与变速箱刚体动力学模型，并设置发动机与变速箱刚体动力学模型的质量参数与转动惯量参数；
采用BUSHING单元将发动机与变速箱刚体动力学模型连接到发动机悬置支架弹性体模型上；
将发动机悬置支架弹性体模型固定在部分车架弹性体模型上；
对部分车架弹性体模型的两端A1、A2、A3与A4进行固定约束；
在发动机与变速箱刚体动力学模型的质心位置C1建立建立强制位移驱动，并进行仿真计算；
分别计算发动机悬置系统X向刚度、Y向刚度与Z向刚度，X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼。
悬置系统刚度与阻尼台架试验，并对发动机悬置系统动力学模型进行静态校准。
悬置系统刚度与阻尼台架试验，并对发动机悬置系统动力学模型进行静态校准的步骤为：
采用振动试验台对发动机悬置系统的X向刚度、Y向刚度与Z向刚度进行试验；
采用振动试验台对发动机悬置系统的X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼进行试验；
将发动机悬置系统X向刚度、Y向刚度与Z向刚度的仿真结果与试验结果进行对比，在静态工况下验证发动机悬置系统动力学模型刚度设置的准确性，刚度的仿真结果与试验结果的吻合度见表1。
表1 悬置系统刚度对比结果
| 刚度 | X向刚度 | Y向刚度 | Z向刚度 |
| 吻合度 | 97.5% | 98.3% | 96.5% |
悬置系统整体刚度的仿真数据与试验数据吻合度均大于95%，说明发动机悬置系统模型的刚度设置是正确的。
将发动机悬置系统X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼的仿真结果与试验结果进行对比，验证发动机悬置系统动力学模型阻尼设置的准确性，阻尼的仿真结果与试验结果的吻合度见表2。
表2 悬置系统阻尼对比结果
| 阻尼 | X向阻尼 | Y向阻尼 | Z向阻尼 |
| 吻合度 | 92.5% | 93.4% | 93.5% |
悬置系统整体阻尼的仿真数据与试验数据吻合度均大于90%，说明发动机悬置系统模型的阻尼设置是正确的。
建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析。
建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析的步骤为：
在发动机与变速箱结合处C2建立六向力；
建立发动机Z向与Rx向激励载荷数学方程；
根据发动机Z向与Rx向激励载荷数学方程修改六向力；
计算发动机Z向与Rx向载荷时域及频域数据；
进行悬置系统振动仿真分析，并提取悬置主动端与被动端加速度数据，进行悬置系统振动传递率分析与振动幅频特性分析。
发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准。
发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准的步骤为：
在发动机左悬置、右悬置与后悬置的主动端和被动端分别安装一个三向加速度传感器；
进行发动机怠速工况车辆振动测试，采集三个悬置主动端与被动端的加速度数据；
进行匀速工况车辆振动测试，采集三个悬置主动端与被动端的加速度数据；
将发动机六向力的固定位置与相位设置为优化变量，将三个悬置主动端与被动端的加速度试验数据设置为目标函数；
通过迭代优化仿真确定发动机六向力的固定位置与相位，并根据优化结果修改发动机悬置系统动力学模型；
并将优化后的仿真结果与试验结果进行对比，验证发动机悬置系统动力学模型的准确性。悬置振动传递率仿真数据与试验数据吻合度见如表3，发动机振动峰值频率仿真数据与试验数据的吻合度见表4。
表3 悬置振动传递率对比结果
| 吻合度 | 怠速 | 30km/h | 60km/h | 90km/h | 120km/h |
| 左悬置 | 92.6% | 92.7% | 94.5% | 93.2% | 92.1% |
| 右悬置 | 93.8% | 91.8% | 93.7% | 92.5% | 93.3% |
| 后悬置 | 94.3% | 93.7% | 94.2% | 94.6% | 92.4% |
表4发动机振动峰值频率对比结果
| 吻合度 | 1阶 | 2阶 | 3阶 | 4阶 | 5阶 | 6阶 |
| 试验数据 | 95.6% | 96.2% | 94.3% | 94.8% | 96.5% | 96.25 |
| 仿真数据 | 94.4% | 96.3% | 93.8% | 92.5% | 94.3% | 95.7% |
发动机悬置系统混沌振动识别。
发动机悬置系统混沌振动识别的步骤为：
对发动机悬置系统进行匀速工况振动仿真，并提取悬置主动端与被动端振动加速度仿真数据；
对加速度仿真数据进行小波去噪分析；
对小波去噪处理后的振动加速度数据进行谐波与组合谐波分析；
发动机悬置系统振动混沌状态辨识，处理后的发动机质心振动加速度仿真数据如图3所示，图中出现多个次谐波信号，可以判断在匀速工况下发动机悬置系统处理混沌振动状态。
发动机悬置系统混沌振动分解。
发动机悬置系统混沌振动分解步骤为：
对悬置主动端与被动端的加速度仿真数据进行自相关分析；
去除悬置主动端与被动端加速度仿真数据的随机信号；
对除悬置主动端与被动端的加速度仿真数据进行周期信号分解，振动分解结果如图4所示，主要由33.3Hz、66.6Hz、80.6Hz与91.7Hz周期信号组成；
计算各个分解信号的贡献，分析结果如图5所示。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (12)
1.一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真；
悬置系统刚度与阻尼台架试验，并对发动机悬置系统动力学模型进行静态校准；
建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析；
发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准；
发动机悬置系统混沌振动识别；
发动机悬置系统混沌振动分解。
2.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述建立发动机悬置系统动力学模型，并进行发动机悬置系统刚度与阻尼仿真，包括如下步骤：
采用Hypermesh建立部分车架与发动机悬置支架有限元模型，并计算部分车架与发动机悬置支架模态中性文件；
将部分车架与发动机悬置支架模态中性文件导入ADAMS中，建立部分车架与发动机悬置支架的弹性体模型；
建立发动机与变速箱刚体动力学模型，并设置发动机与变速箱刚体动力学模型的质量参数与转动惯量参数；
采用BUSHING单元将发动机与变速箱刚体动力学模型连接到发动机悬置支架弹性体模型上；
将发动机悬置支架弹性体模型固定在部分车架弹性体模型上；
对部分车架弹性体模型的两端进行固定约束；
在发动机与变速箱刚体动力学模型的质心位置建立强制位移驱动，并进行仿真计算；
分别计算发动机悬置系统X向刚度、Y向刚度与Z向刚度，X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼。
3.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述部分车架模型是指发动机与变速箱下方的车架局部模型，用于固定发动机悬置支架。
4.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述悬置刚度系统与阻尼台架试验，并对发动机悬置系统动力学模型进行静态校准，包括如下步骤：
采用振动试验台对发动机悬置系统的X向刚度、Y向刚度与Z向刚度进行试验；
采用振动试验台对发动机悬置系统的X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼进行试验；
将发动机悬置系统X向刚度、Y向刚度与Z向刚度的仿真结果与试验结果进行对比，在静态工况下验证发动机悬置系统动力学模型刚度设置的准确性；
将发动机悬置系统X向阻尼、Y向阻尼与Z向阻尼的仿真结果与试验结果进行对比，在静态工况下验证发动机悬置系统动力学模型阻尼设置的准确性。
5.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述建立发动机激励源，并进行悬置系统振动仿真分析，包括如下步骤：
在发动机与变速箱结合处建立六向力；
建立发动机Z向与Rx向激励载荷数学方程；
根据发动机Z向与Rx向激励载荷数学方程修改六向力；
计算发动机Z向与Rx向载荷时域及频域数据；
进行悬置系统振动仿真分析，并提取悬置主动端与被动端加速度数据，进行悬置系统振动传递率分析与振动幅频特性分析。
6.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述六向力固定在发动机上，用来模拟发动机X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向的激励载荷，由于纵置4缸发动机的Z向与Rx向载荷是主要激励源，其他方向载荷可忽略。
7.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述悬置主动端是发动机侧，悬置被动端是指车架侧。
8.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述悬置系统振动传递率是指车架侧振动加速度除以发动机侧振动加速度所得数值，振动传递率越小，悬置系统隔振性能越好。
9.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述发动机悬置系统振动试验，进行发动机悬置系统动力学模型动态校准，包括如下步骤：
在发动机左悬置、右悬置与后悬置的主动端和被动端分别安装一个三向加速度传感器；
进行发动机怠速工况车辆振动测试，采集三个悬置主动端与被动端的加速度数据；
进行匀速工况车辆振动测试，采集三个悬置主动端与被动端的加速度数据；
将发动机六向力的固定位置与相位设置为优化变量，将三个悬置主动端与被动端的加速度试验数据设置为目标函数；
通过迭代优化仿真确定发动机六向力的固定位置与相位，并根据优化结果修改发动机悬置系统动力学模型；
并将优化后的仿真结果与试验结果进行对比，验证发动机悬置系统动力学模型的准确性。
10.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述六向力的固定位置是指在整车坐标系下X向、Y向与Z向坐标；六向力的相位是指在整车坐标系下，六向力的X向载荷与水平夹角。
11.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述发动机悬置系统混沌振动识别，包括如下步骤：
对发动机悬置系统进行匀速工况振动仿真，并提取悬置主动端与被动端振动加速度仿真数据；
对加速度仿真数据进行小波去噪分析；
对小波去噪处理后的振动加速度数据进行谐波与组合谐波分析；
发动机悬置系统振动混沌状态辨识。
12.根据权利要求1所述的一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法，其特征在于：所述发动机悬置系统混沌振动分解，包括如下步骤：
对悬置主动端与被动端的加速度仿真数据进行自相关分析；
去除悬置主动端与被动端加速度仿真数据的随机信号；
对悬置主动端与被动端的加速度仿真数据进行周期信号分解；
计算各个分解信号的贡献。
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| CN202210286182.8A CN114722492A (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 一种用于发动机悬置系统混沌振动识别与分解的方法 |
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