CN115481481A - 一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)在整车有限元模型上分析驱动半轴模态；步骤2)基于二自由度系统减振原理进行吸振器选型；步骤3)基于整车发动机扰动力矩激励车内乘员噪声振动响应灵敏度进行吸振器匹配；步骤4)基于整车WOT发动机扰动力/力矩激励车内乘员噪声振动响应进行吸振器频率制造误差稳定性分析；步骤5)最后通过实物样车进行吸振器匹配的验证，验证合格则确认吸振器匹配，不合格则对整车仿真模型进行标定，基于标定模型重复匹配过程，直到合格或者结果收敛。本发明为驱动半轴吸振器正向开发流程，匹配短周期高效果低成本，具有较强的实用性和较好的应用前景。

Description

一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法

技术领域

本发明属于间隙测量技术领域，更具体地说，涉及一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法。

背景技术

前置前驱发动机由于其布置紧凑、车内空间大等优点，使得绝大多数轿车特别是小排量轿车普遍采用此种布置方式。变速器输出端通过左右驱动半轴与驱动轮连接，由于机舱布置空间的限制，左右半轴往往长度不相等。基于与发动机主激励频率避频考虑，通常短轴能满足模态避频，长轴模态往往在发动机激励主频范围内，驱动半轴作为极其重要的传递路径，产生的共振传递到车身，使得车内人员感受到明显的振动和噪声。主机厂通常采用两种方式解决该问题：1、将长轴设计成三段式，使得模态频率明显提高以满足避频；2、在长轴上添加吸振器，通过吸振器的共振抑制长轴自身振动。由于三段式驱动半轴成本高，常应用于中高级轿车上。因而吸振器在紧凑型及小型轿车驱动半轴长轴上的匹配是主机厂NVH工程师面临的必然问题。

现有的驱动半轴吸振器匹配主要通过如下方式进行：1、通过CAE对驱动半轴进行约束模态分析，得到模态频率和振形，通过振形确定吸振器安装位置(通常在半轴中间位置)，通过频率确定吸振器的初步选型(在分析频率的一个偏差范围内选择多个吸振器)；2、在实物样车阶段，在整车上进行驱动半轴模态测试，基于实车驱动半轴模态频率测试结果对选型出的吸振器进一步筛选(在测试频率的一个偏差范围内选择若干吸振器)，对筛选出的吸振器进行整车NVH测试，选择测试结果最优的吸振器作为最终设计。实际开发中，也可以跳过步骤1，直接在实物样车阶段进行匹配。

上述方法的缺陷主要为：1、CAE对驱动半轴进行约束模态分析，分析结果与驱动半轴的实车模态存在偏差；2、吸振器通过若干测试结果对比选型，得到的不一定是最佳的匹配效果。3、无法提前预测和规避添加吸振器后的共振频率在车身和底盘上的耦合作用带来的噪声振动风险。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种匹配周期短，高效低成本的整车驱动半轴吸振器的匹配方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)在整车有限元模型上分析驱动半轴模态；步骤2)基于二自由度系统减振原理进行吸振器选型；步骤3)基于整车发动机扰动力矩激励车内乘员噪声振动响应灵敏度进行吸振器匹配；步骤4)基于整车WOT发动机扰动力/力矩激励车内乘员噪声振动响应进行吸振器频率制造误差稳定性分析；步骤5)最后通过实物样车进行吸振器匹配的验证，验证合格则确认吸振器匹配，不合格则对整车仿真模型进行标定，基于标定模型重复匹配过程，直到合格或者结果收敛。

为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：

步骤1)中，建立整车有限元模型，并按实车连接进行装配，计算整车模态，识别出驱动半轴模态结果。

步骤2)中，将驱动半轴的一阶模态视为单自由度系统的分析结果，将吸振器结构进行详细建模，赋予材料相应属性，将吸振器与半轴一阶模态频率对应的模态视为单自由度系统的分析结果；吸振器安装在驱动半轴上形成二自由度系统，运用二自由度系统减振原理，并结合工程可行性，可对吸振器的质量、频率进行初步选型。

步骤3)中，通过在曲轴中心位置施加正弦扫描单位力矩，同步施加正弦扫描单位反力矩在动力总成对应的该位置上，计算整车噪声振动响应；计算模型包括整车未装配吸振器的状态，及整车装配步骤2中选型出的多个吸振器的状态。

步骤3)中，通过结果对比判断吸振器对原模型共振峰的减振效果及装配吸振器后形成的两个共振频率对车内噪声振动响应的影响大小；对比分析结果，若减振降噪效果不够理想或者装配吸振器后的两个共振频率对车内噪声振动响应形成了新的峰值，一方面，可以在步骤2)中增加吸振器选型出的样本量，在步骤3)继续分析；另一方面，可以通过车身或底盘结构优化，降低或消除形成的新峰值。

步骤4)中，通过动力总成悬置系统多体动力学模型及实测缸压提取到的WOT发动机阶次激励，加载到整车模型上计算整车WOT车内噪声振动响应；基于吸振器频率制造偏差技术要求，按吸振器设计状态、上下偏差状态，并酌情选择中间状态，装配到整车模型上计算车内噪声振动。

通过结果对比，得出车内噪声振动响应对吸振器频率制造偏差的稳定性，经判断稳定性较好，则确认吸振器设计；如稳定性较差，则选择步骤3)中次优者，进行分析；如此形成迭代，最后通过经验对减振效果与稳定性进行权衡评估，确认吸振器设计。

将步骤4)中确认的吸振器，进行批次装车验证，满足开发要求则完成吸振器的匹配开发；不满足开发要求，通过整车仿真模型分析结果与试验结果对标，进行整车仿真模型标定。

将标定后的仿真模型，进行步骤1到4的分析计算，直到实物样车吸振器匹配验证满足开发要求或得到收敛结果。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明一整车驱动半轴吸振器的匹配方法，为一种驱动半轴吸振器正向开发流程，该流程基于整车有限元分析及二自由度系统减振原理，在工程数据设计阶段，进行吸振器的优化匹配，并对工装样车进行实车驱动半轴吸振器匹配验证，达成驱动半轴吸振器匹配短周期高效果低成本的开发目的，具有较强的实用性和较好的应用前景。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明整车驱动半轴吸振器匹配流程图；

图2为本发明整车驱动半轴模态分析结果；

图3为本发明吸振器与半轴的建模和装配；

图4为本发明吸振器质量对半轴振动的影响；

图5为本发明吸振器频率对半轴振动的影响；

图6为本发明发动机扰动力矩激励车内噪声响应灵敏度。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法，该方法考虑整车装配边界对驱动半轴模态的影响，在整车有限元模型上分析驱动半轴模态；基于二自由度系统减振原理进行吸振器选型；基于整车发动机扰动力矩激励车内乘员噪声振动响应灵敏度进行吸振器匹配；基于整车WOT发动机扰动力/力矩激励车内乘员噪声振动响应进行吸振器频率制造误差稳定性分析；最后通过实物样车进行吸振器匹配的验证，验证合格则确认吸振器匹配，不合格则对整车仿真模型进行标定，基于标定模型重复匹配过程，直到合格或者结果收敛。具体的实施流程见图1。具体的实施方法如下：

驱动半轴模态分析：建立整车有限元模型，并按实车连接进行装配。计算整车模态，识别出驱动半轴模态结果(可采用原点传递函数辅助识别)，结果示例见图2。

基于二自由度系统减振原理的吸振器选型：将驱动半轴的一阶模态视为单自由度系统的分析结果，将吸振器结构(通常为圆柱对称性的钢材+橡胶结构)进行详细建模，赋予材料相应属性，将吸振器与半轴一阶模态频率对应的模态视为单自由度系统的分析结果，吸振器安装在驱动半轴上形成二自由度系统，示例见图3。运用二自由度系统减振原理，并结合工程可行性，可对吸振器的质量、频率进行初步选型，吸振器质量和频率对半轴振动的影响示例见图4和图5。

基于整车发动机扰动力矩激励车内乘员噪声振动响应灵敏度的吸振器匹配：从图4可知，当吸振器频率一定时，吸振器可以在一个较大质量范围内起到减振作用，两个小的峰值频率随吸振器质量的变化而趋于接近或远离，是否与整车结构或声腔存在耦合作用，需通过整车噪声振动响应进行分析；从图5可知，当吸振器质量一定时，吸振器可以在一个较大频率范围内起到减振作用，两个小的峰值频率随吸振器频率的变化而同向变化，是否与整车结构或声腔存在耦合作用，也需通过整车噪声振动响应进行分析。该步骤通过在曲轴中心位置施加正弦扫描单位力矩，同步施加正弦扫描单位反力矩在动力总成对应的该位置上，计算整车噪声振动响应。计算模型包括整车未装配吸振器的状态，及整车装配步骤2中选型出的多个吸振器的状态。通过结果对比判断：1、吸振器对原模型共振峰的减振效果；2、装配吸振器后形成的两个共振频率对车内噪声振动响应的影响大小。噪声响应示例结果见图6，对比分析结果，若减振降噪效果不够理想或者装配吸振器后的两个共振频率对车内噪声振动响应形成了新的峰值，一方面，可以在步骤2中增加吸振器选型出的样本量，在步骤3继续分析；另一方面，可以通过车身或底盘结构优化，降低或消除形成的新峰值。通过上述方法，可以在保证吸振器减振降噪效果的同时，避免新的共振频率的耦合作用。

基于整车WOT发动机扰动力/力矩激励车内乘员噪声振动响应的吸振器频率制造误差稳定性分析：常用的吸振器为钢材+橡胶，橡胶由于其工艺的复杂性，制造结果存在硬度偏差，因而吸振器的频率会在一个偏差范围内。步骤3中筛选出的吸振器匹配到整车上，整车噪声振动响应对吸振器频率偏差的敏感度应尽可能小，以确保实车方案可行。在此步骤中，通过动力总成悬置系统多体动力学模型及实测缸压提取到的WOT发动机阶次激励，加载到整车模型上计算整车WOT车内噪声振动响应。基于吸振器频率制造偏差技术要求，按吸振器设计状态、上下偏差状态，并酌情选择中间状态，装配到整车模型上计算车内噪声振动。通过结果对比，得出车内噪声振动响应对吸振器频率制造偏差的稳定性。经验判断稳定性较好，则确认吸振器设计，稳定性较差，则选择步骤3中次优者，进行分析。如此形成迭代，最后通过经验对减振效果与稳定性进行权衡评估，确认吸振器设计。

实物样车吸振器匹配验证：将步骤4中确认的吸振器，进行批次装车验证，满足开发要求则完成吸振器的匹配开发。不满足开发要求，通过整车仿真模型分析结果与试验结果对标，进行整车仿真模型标定。将标定后的仿真模型，进行步骤1到4的分析计算，直到实物样车吸振器匹配验证满足开发要求或得到收敛结果。

通过上述步骤，完成整车驱动半轴吸振器的匹配。

本发明提出的整车驱动半轴吸振器匹配方法主要有以下三点有益效果：

该方法是一种系统设计方法，将虚拟仿真应用于驱动半轴吸振器的匹配，可以建立一种驱动半轴吸振器正向开发流程。该方法在工程数据设计阶段，运用系统的分析原理和方法(二自由度系统减振原理、整车有限元分析方法)，对驱动半轴吸振器进行优化匹配，一方面保证了吸振器对驱动半轴原峰值的减振效果，另一方面规避匹配吸振器后的耦合风险，同时考虑吸振器频率制造误差对整车噪声振动的影响，确保后续实车装配吸振器后对车内减振降噪的有效性和稳定性。

该方法最后通过量产数据阶段的工装样车进行实车驱动半轴吸振器匹配验证，对不满足开发目标的情况，则通过整车仿真标定，将标定模型再次进行步骤1-4的分析，直到实物样车吸振器匹配验证满足开发要求或得到收敛结果。

本发明专利提出了一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法，关键点为一种驱动半轴吸振器正向开发流程，该流程基于整车有限元分析及二自由度系统减振原理，在工程数据设计阶段，进行吸振器的优化匹配，并对工装样车进行实车驱动半轴吸振器匹配验证，达成驱动半轴吸振器匹配短周期高效果低成本的开发目的。

本发明提供一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法，保护点为一种整车驱动半轴吸振器正向开发流程。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改(如吸振器的其它模拟方法)、等同变化与改型(如其它结构(如滑柱)吸振器的匹配)，仍属于本发明的保护范围。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)在整车有限元模型上分析驱动半轴模态；步骤2)基于二自由度系统减振原理进行吸振器选型；步骤3)基于整车发动机扰动力矩激励车内乘员噪声振动响应灵敏度进行吸振器匹配；步骤4)基于整车WOT发动机扰动力/力矩激励车内乘员噪声振动响应进行吸振器频率制造误差稳定性分析；步骤5)最后通过实物样车进行吸振器匹配的验证，验证合格则确认吸振器匹配，不合格则对整车仿真模型进行标定，基于标定模型重复匹配过程，直到合格或者结果收敛。

2.按照权利要求1所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：步骤1)中，建立整车有限元模型，并按实车连接进行装配，计算整车模态，识别出驱动半轴模态结果。

3.按照权利要求1所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：步骤2)中，将驱动半轴的一阶模态视为单自由度系统的分析结果，将吸振器结构进行详细建模，赋予材料相应属性，将吸振器与半轴一阶模态频率对应的模态视为单自由度系统的分析结果；吸振器安装在驱动半轴上形成二自由度系统，运用二自由度系统减振原理，并结合工程可行性，可对吸振器的质量、频率进行初步选型。

4.按照权利要求1所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：步骤3)中，通过在曲轴中心位置施加正弦扫描单位力矩，同步施加正弦扫描单位反力矩在动力总成对应的该位置上，计算整车噪声振动响应；计算模型包括整车未装配吸振器的状态，及整车装配步骤2中选型出的多个吸振器的状态。

5.按照权利要求4所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：步骤3)中，通过结果对比判断吸振器对原模型共振峰的减振效果及装配吸振器后形成的两个共振频率对车内噪声振动响应的影响大小；对比分析结果，若减振降噪效果不够理想或者装配吸振器后的两个共振频率对车内噪声振动响应形成了新的峰值，一方面，可以在步骤2)中增加吸振器选型出的样本量，在步骤3)继续分析；另一方面，可以通过车身或底盘结构优化，降低或消除形成的新峰值。

6.按照权利要求1所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：步骤4)中，通过动力总成悬置系统多体动力学模型及实测缸压提取到的WOT发动机阶次激励，加载到整车模型上计算整车WOT车内噪声振动响应；基于吸振器频率制造偏差技术要求，按吸振器设计状态、上下偏差状态，并酌情选择中间状态，装配到整车模型上计算车内噪声振动。

7.按照权利要求6所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：通过结果对比，得出车内噪声振动响应对吸振器频率制造偏差的稳定性，经判断稳定性较好，则确认吸振器设计；如稳定性较差，则选择步骤3)中次优者，进行分析；如此形成迭代，最后通过经验对减振效果与稳定性进行权衡评估，确认吸振器设计。

8.按照权利要求1所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：将步骤4)中确认的吸振器，进行批次装车验证，满足开发要求则完成吸振器的匹配开发；不满足开发要求，通过整车仿真模型分析结果与试验结果对标，进行整车仿真模型标定。

9.按照权利要求8所述的整车驱动半轴吸振器的匹配方法，其特征在于：将标定后的仿真模型，进行步骤1)到4)的分析计算，直到实物样车吸振器匹配验证满足开发要求或得到收敛结果。

Images