CN114923649A - 一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法 - Google Patents

一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，包括如下步骤：C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移；建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型；车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准；仿真数据处理与自相关分析；进行车身复合振动识别分析。本发明综合运用振动试验与动力学仿真技术，根据车身振动测试结果与车身动力学仿真结果，解决了现有试验方法无法识别车身侧倾振动、俯仰振动与横摆振动的问题，同时也解决了现有动力学仿真方法误差大的问题，本发明的分析方法具有较高的适用性和可操作性，车身复合振动识别分析结果具有较高的精度。

Description

一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法
技术领域
本发明涉及车辆多体动力学分析领域，具体地说，涉及一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法。
背景技术
路面激励通过轮胎与悬架系统传递到车身，引起车身振动。当路面随机激励较大时，车身的振动形式由横向振动，侧向振动、垂向振动、侧倾振动、俯仰振动与横摆振动组成，给驾乘人员带来明显的振感与不安全感，影响车辆的舒适性能。为了提高车身NVH水平，需要对车身进行减振设计，而不同振动形式的减振措施也存在差异，因此，车身横向、侧向、垂向、侧倾、俯仰与横摆复合振动的识别是车身振动控制的基础。与之相关的研究也越来越大，如Shihua Zhou，等人在文献《Nonlinear dynamic analysis of a unilateralvibration vehicle system with structural nonlinearity under harmonicexcitation》中研究了车辆多体动力学模型的非线性特性和车辆振动规律。Jun Wu，等人在文献《Modelling and analysis of coupled vibration of human body in thesagittal and coronal planes exposed to vertical, lateral and roll vibrationsand the comparison with modal test》中研究了人体在横向、垂向和俯仰方向上的耦合振动。当前，对车身复合振动识别的研究多集中在试验与动力学仿真领域，试验方法主要是通过在车身上布置三向加速度传感器可以方便的识别车身横向振动、侧向振动与垂向振动，但无法识别车身侧倾振动、俯仰振动与横摆振动。动力学仿真方法是根据整车动力学模型的仿真数据分析车身横向振动，侧向振动、垂向振动、侧倾振动、俯仰振动与横摆振动，但是整车动力学模型中的路面模型、轮胎模型，以及路面与轮胎接触模型与实际状态存在差异，使得仿真结果误差较大。为了方便分析车身复合振动形式，并提高车身复合振动识别的精度，提出一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法。
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方法与动力学仿真方法在车身复合振动识别上存在的问题，同时为了方便分析车身复合振动形式，并提高车身复合振动识别的精度，提供一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，包括如下步骤：
C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移；
建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型；
车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准；
仿真数据处理与自相关分析；
进行车身复合振动识别分析，建立车身X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向复合振动列表。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（1）中，C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移，包括如下步骤：
在前悬架与车身连接点位置分别安装一个三向加速度传感器，在后悬架与车身连接点位置分别安装一个加速度传感器；
在C级路面上进行车辆振动试验，并提取测量点上的加速度数据；
对测量点加速度数据进行滤波、去漂移与去毛刺处理；
采用虚拟迭代技术计算车身与悬架连接点的三向位移。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（1）中所述的车身与悬架连接点的三向位移是指X向、Y向与Z向位移。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（2）中所述的建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型，包括如下步骤：
建立车身振动三轴虚拟试验台，试验台由四根立柱组成，在每个立柱下端建立X向、Y向与Z向驱动；
建立车身有限元模型，并进行约束模态计算；
输出车身约束模态中性文件，并将车身约束模态中性文件导入到ADAMS软件平台，建立车身弹性体模型；
将车身弹性体模型安装在三轴虚拟试验台上，建立车身模型与三轴虚拟试验台的约束关系；
在车身弹性体模型质心位置建立测量点，并在整车坐标系下进行位移信号设置。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（2）中所述的车身质心位置位移信号是指X向、Y向与Z向位移，以及Rx向、Ry向与Rz向角位移。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（3）中所述的车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准，包括如下步骤：
将虚拟迭代计算车身与悬架连接点的三向位移同步施加在虚拟试验台的立柱上；
进行动力学仿真计算，提取车身与悬架连接点加速度数据；
将加速度仿真数据与试验数据进行对比分析；
为了提高仿真精度，根据车身与悬架连接点位置的加速度试验数据对车身与悬架连接点的三向位移数据进行优化；
将优化后的三向位移数据重新加载到虚拟试验台的立柱上，并进行仿真计算，验证车身弹性体模型的准确性。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（4）中所述的仿真数据处理与自相关分析，包括如下步骤：
提取车身弹性体模型质心位置的位移信号与角位移信号；
对位移信号与角位移信号进行去漂移处理；
对位移信号与角位移信号进行皮尔森相关性分析；
识别隐含在信号谐波频率中消失的基频信号与周期信号。
优选地，上述技术方案中，本发明步骤（5）中所述的进行车身复合振动识别分析，包括如下步骤：
分别对车身弹性体模型质心位置的X向、Y向与Z向的周期位移信号进行叠加处理，得到X向、Y向与Z向的组合周期位移信号；
对比车身弹性体模型质心位置的X向、Y向与Z向的组合周期位移信号，并建立不同时刻车身弹性体模型质心的空间位置；
根据不同时刻车身模型质心的空间位置，识别车身X向、Y向与Z向的复合振动；
分别对车身弹性体模型质心位置的Rx向、Ry向与Rz向的周期角位移信号进行叠加处理，得到Rx向、Ry向与Rz向的组合周期角位移信号；
对比车身弹性体模型质心位置的Rx向、Ry向与Rz向的组合周期角位移信号，并建立不同时刻车身弹性体模型质心的空间转角关系；
根据不同时刻车身弹性体模型质心的空间转角关系，识别车身Rx向、Ry向与Rz向复合振动；
建立车身X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向复合振动列表。
本发明一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，综合运用振动试验与动力学仿真技术，根据车身振动测试结果与车身动力学仿真结果，解决了现有试验方法无法识别车身侧倾振动、俯仰振动与横摆振动的问题，同时也解决了现有动力学仿真方法误差大的问题，本发明的分析方法具有较高的适用性和可操作性，车身复合振动识别分析结果具有较高的精度。
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是本发明的基于试验与仿真技术的车身复合振动识别技术流程图；
图2是本发明的车身弹性体动力学仿真模型示意图；
图3是本发明的车身与前悬架连接点FL的X向加速度对比图；
图4是本发明的车身与前悬架连接点FL的Y向加速度对比图；
图5是本发明的车身与前悬架连接点FL的Z向加速度对比图；
图6是本发明的车身弹性体模型质心的空间位置图；
图7是本发明的车身弹性体模型质心的空间转角关系图；
附图标记说明1.车身弹性体模型；2.三轴虚拟试验台。
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，通过对现有车身复合振动识别技术的现状分析，发现目前试验方法无法识别车身侧倾振动、俯仰振动与横摆振动的问题，以及现有动力学仿真方法误差大的问题，通过本发明提供一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法以解决上述问题，有效提高车身复合振动的识别精度。
参见图1与图2，本发明一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，包括如下步骤：
C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移。
C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移的步骤为：
在前悬架与车身连接点位置FL、FR分别安装一个三向加速度传感器，在后悬架与车身连接点位置RL、RR分别安装一个加速度传感器；
在C级路面上进行车辆振动试验，并提取测量点FL、FR、RL、RR上的加速度数据；
对测量点加速度数据进行滤波、去漂移与去毛刺处理；
采用虚拟迭代技术计算车身与悬架连接点的X向、Y向与Z向位移。
建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型。
建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型，包括如下步骤：
建立车身振动三轴虚拟试验台，试验台由四根立柱组成，在每个立柱下端建立X向、Y向与Z向驱动；
建立车身有限元模型，并进行约束模态计算；
输出车身约束模态中性文件，并将车身约束模态中性文件导入到ADAMS软件平台，建立车身弹性体模型；
将车身弹性体模型安装在虚拟试验台上，建立车身与三轴虚拟试验台的约束关系；
在车身弹性体模型质心位置建立测量点C，并在整车坐标系下进行位移信号测量设置，质心位移信号包括X向、Y向与Z向位移，以及Rx向、Ry向与Rz向角位移。
车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准。
车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准，包括如下步骤：
将虚拟迭代计算得到的车身与悬架连接点三向位移同步施加在虚拟试验台的立柱上；
进行动力学仿真计算，提取车身与悬架连接点加速度数据：
将加速度仿真数据与试验数据进行对比分析；为了提高仿真精度，根据车身与悬架连接点位置的加速度试验数据对车身与悬架连接点的三向位移数据进行优化；
将优化后的三向位移数据重新加载到虚拟试验台的立柱上，并进行仿真计算，验证车身弹性体模型的准确性，以前悬架与车身左侧连接点为例，连接点FL的X向加速度对比结果见图3，仿真数据与试验数据吻合度为91.3%。FL的Y向加速度对比结果见图4，仿真数据与试验数据吻合度为92.6%。FL的Z向加速度对比结果见图5，仿真数据与试验数据吻合度为93.5%。加速度均方根值对比结果见表1、表2、表3与表4，四个连接点FL、FR、RL与RR的加速度均方根值的仿真结果与试验结果的吻合度均大于90%，说明建立的车身弹性动力学模型是正确的。
表1 测点FL加速度均方根值对标结果，
车速（km/h） 60 70 80 90 100
仿真结果（m/s<sup>2</sup>） 0.53 0.57 0.65 0.68 0.74
试验结果（m/s<sup>2</sup>） 0.49 0.52 0.61 0.62 0.68
吻合度 92.45% 91.23% 93.85% 91.18% 91.89%
表2 测点FR加速度均方根值对标结果，
车速（km/h） 60 70 80 90 100
仿真结果（m/s<sup>2</sup>） 0.52 0.56 0.66 0.69 0.76
试验结果（m/s<sup>2</sup>） 0.48 0.51 0.72 0.76 0.78
吻合度 92.31% 91.07% 91.67% 90.79% 97.44%
表3 测点RL加速度均方根值对标结果，
车速（km/h） 60 70 80 90 100
仿真结果 0.63 0.66 0.76 0.81 0.89
试验结果 0.57 0.61 0.73 0.74 0.82
吻合度 90.48% 92.42% 96.05% 91.36% 92.13%
表4 测点RR加速度均方根值对标结果，
车速（km/h） 60 70 80 90 100
仿真结果 0.62 0.65 0.75 0.83 0.87
试验结果 0.58 0.62 0.71 0.75 0.81
吻合度 93.55% 95.38% 94.67% 90.36% 93.10%
仿真数据处理与自相关分析，包括如下步骤：
提取车身弹性体模型质心位置的位移信号与角位移信号；
对位移信号与角位移信号进行去漂移处理；
位移信号与角位移信号进行皮尔森相关性分析；
识别隐含在信号谐波频率中消失的基频信号与周期信号。
车身复合振动识别分析。
车身复合振动识别分析， 包括如下步骤：
分别对车身弹性体模型质心位置C的X向、Y向与Z向的周期位移信号进行叠加处理，得到X向、Y向与Z向的组合周期位移信号；
对比车身弹性体模型质心位置的X向、Y向与Z向的组合周期位移信号，并建立不同时刻车身弹性体模型质心的空间位置，车身弹性体模型质心在不同时刻的空间位置如图6所示；
根据不同时刻车身弹性体模型质心C的空间位置，识别车身X向、Y向与Z向的复合振动，根据图6可得车身振动由X向、Y向与Z向振动组合而成。
分别对车身弹性体模型质心位置的Rx向、Ry向与Rz向的周期角位移信号进行叠加处理，得到Rx向、Ry向与Rz向的组合周期角位移信号；
对比车身弹性体模型质心位置的Rx向、Ry向与Rz向的组合周期角位移信号，并建立不同时刻车身弹性体模型质心的空间转角关系，如图7所示；
根据不同时刻车身弹性体模型质心的空间转角关系，识别车身Rx向、Ry向与Rz向复合振动， 根据图7可得车身振动由Rx向、Ry向与Rz向振动组合而成。
建立车身X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向复合振动列表，见表5。
表5 车身复合振动形式，
时间（s） 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
X向振动 √ √
Y向振动 √ √ √ √ √ √
Z向振动 √ √ √ √ √ √
Rx向振动 √ √
Ry向振动 √ √ √ √
Rz向振动 √ √
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 (8)

1.一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移；
建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型；
车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准；
仿真数据处理与自相关分析；
进行车身复合振动识别分析，建立车身X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向复合振动列表。
2.根据权利要求1所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述的C级路面车身振动试验，提取车身与悬架连接点的三向加速度试验数据，并虚拟反求车身与悬架连接点的三向位移，包括如下步骤：
在前悬架与车身连接点位置分别安装一个三向加速度传感器，在后悬架与车身连接点位置分别安装一个加速度传感器；
在C级路面上进行车辆振动试验，并提取测量点上的加速度数据；
对测量点加速度数据进行滤波、去漂移与去毛刺处理；
采用虚拟迭代技术计算车身与悬架连接点的三向位移。
3.根据权利要求1所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述车身与悬架连接点的三向位移是指X向、Y向与Z向位移。
4.根据权利要求1所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述建立车身振动三轴虚拟试验台与车身弹性动力学模型，包括如下步骤：
建立车身振动三轴虚拟试验台，试验台由四根立柱组成，在每个立柱下端建立X向、Y向与Z向驱动；
建立车身有限元模型，并进行约束模态计算；
输出车身约束模态中性文件，并将车身约束模态中性文件导入到ADAMS软件平台，建立车身弹性体模型；
将车身弹性体模型安装在三轴虚拟试验台上，建立车身与三轴虚拟试验台的约束关系；
在车身弹性体模型质心位置建立测量点，并在整车坐标系下进行位移信号测量设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述车身质心位置位移信号是指X向、Y向与Z向位移，以及Rx向、Ry向与Rz向角位移。
6.根据权利要求1所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述车身振动仿真，以及车身弹性动力学模型校准，包括如下步骤：
将虚拟迭代计算得到的车身与悬架连接点的三向位移同步施加在虚拟试验台的立柱上；
进行动力学仿真计算，提取车身与悬架连接点加速度数据；
将加速度仿真数据与试验数据进行对比分析；
为了提高仿真精度，根据车身与悬架连接点位置的加速度试验数据对车身与悬架连接点的三向位移数据进行优化；
将优化后的三向位移数据重新加载到虚拟试验台的立柱上，并进行仿真计算，验证车身弹性体模型的准确性。
7.根据权利要求1所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述仿真数据处理与自相关分析，包括如下步骤：
提取车身弹性体模型质心位置的位移信号与角位移信号；
对位移信号与角位移信号进行去漂移处理；
位移信号与角位移信号进行皮尔森相关性分析；
识别隐含在信号谐波频率中消失的基频信号与周期信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于试验与仿真技术的车身复合振动识别方法，其特征在于：所述进行车身复合振动识别分析，包括如下步骤：
分别对车身弹性体模型质心位置的X向、Y向与Z向的周期位移信号进行叠加处理，得到X向、Y向与Z向的组合周期位移信号；
对比车身弹性体模型质心位置的X向、Y向与Z向的组合周期位移信号，并建立不同时刻车身弹性体模型质心的空间位置；
根据不同时刻车身弹性体模型质心的空间位置，识别车身X向、Y向与Z向的复合振动；
分别对车身弹性体模型质心位置的Rx向、Ry向与Rz向的周期角位移信号进行叠加处理，得到Rx向、Ry向与Rz向的组合周期角位移信号；
对比车身弹性体模型质心位置的Rx向、Ry向与Rz向的组合周期角位移信号，并建立不同时刻车身弹性体模型质心的空间转角关系；
根据不同时刻车身弹性体模型质心的空间转角关系，识别车身Rx向、Ry向与Rz向复合振动；
建立车身X向、Y向、Z向、Rx向、Ry向与Rz向复合振动列表。
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