CN115563703A - 一种基于部件参数的整车动力总成的nvh性能分析方法 - Google Patents

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CN115563703A CN202211163715.XA CN202211163715A CN115563703A CN 115563703 A CN115563703 A CN 115563703A CN 202211163715 A CN202211163715 A CN 202211163715A CN 115563703 A CN115563703 A CN 115563703A
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贾文宇
李兴泉
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Abstract

本发明公开了一种基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其包括如下步骤：S1，获取动力总成的边界载荷；S2，获取动力总成振动传递路径上各个相关部件的参数，S3，基于计算式得到车内目标点的加速度at，以at作为动力总成的NVH性能表征数据。其能够在项目开发早期发现潜在的NVH问题，并进行整车级的优化；也能够根据整车NVH性能要求设计各个部件的参数，缩短项目开发周期，降低成本。

Description

一种基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法
技术领域
本发明涉及汽车NVH技术领域，具体涉及基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法。
背景技术
随着中国汽车市场的高速发展，人们对汽车乘坐舒适性的要求越来越高，NVH性能是评价汽车舒适性的重要指标之一，其中NVH为Noise、Vibration and Harshness的简称。汽车动力总成是产生车内振动和噪声的重要来源，对于普通乘用车而言，很多车辆噪声问题是由汽车动力总成产生的，因此，动力总成的声品质将直接影响汽车NVH性能。
动力总成通过悬置系统与车身连接，在进行整车搭载前，动力总成会进行台架NVH测试，根据台架测试数据对动力总成的NVH性能进行评估；另外对于悬置系统设计，悬置系统包括主动端支架、被动端支架、悬置软垫，也通常基于六自由度仿真模型，由汽车生产主机厂对供应商提出NVH性能参数指标。然后在试验样车阶段，装配零部件进行整车NVH性能验证。由于在零部件设计阶段缺少整车搭载验证，这就导致后期样车阶段整车NVH性能风险较大，且出现问题后再优化动力总成，将产生成本高、难度大、周期长的问题。另外悬置系统样件往往需要多轮匹配验证，这就导致了项目开发周期长，零部件成本高。如果在搭载样车之前能预测车内NVH性能，并根据车内NVH风险点对动力总成、悬置系统及车身进行优化，将缩短后期相关部件整车验证匹配周期、减少供应商所提供的零部件数量和运输成本，降低整个项目开发费用。
CN113515808A公开的一种动力总成的噪声预测方法以及CN113609590A公开的车内噪声预测方法、装置、设备及计算机存储介质中，对整车NVH性能预测首先采集与目标动力总成相关车型的多工况振动噪声试验数据，采用OTPA方法计算得到悬置主动端至悬置被动端的传递函数以及悬置被动侧至车内的噪声传递函数；然后再结合动力总成的台架NVH试验的测试数据，计算出目标动力总成的总噪声值。
现有技术存在的问题是：1、由于传递函数的获取需要根据相关车型的试验测试数据，所以现有技术只能对已有车型需要搭载不同发动机时进行整车噪声预测，不能对全新开发车型的噪声进行预测。2、利用OTPA方法计算传函，需要根据实测工况数据进行计算，由于矩阵求逆过程存在病态性，计算误差较大，精度不高。3、由于没有建立悬置等部件的性能参数与整车噪声的之间的数学模型，所以无法根据车内噪声要求设计相关部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其能够在项目开发早期发现潜在的NVH问题，并进行整车级的优化；也能够根据整车NVH性能要求设计各个部件的参数，缩短项目开发周期，降低成本。
本发明所述的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其包括如下步骤：
S1，获取动力总成的边界载荷Fbl；
S2，获取动力总成振动传递路径上各个相关部件的参数，所述参数包括：
动力总成主动侧的频率响应函数，动力总成在自由边界条件下，动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000021
悬置主动侧支架的频率响应函数，悬置主动侧支架在自由边界条件下，悬置主动侧支架与动力总成连接的第二安装点的原点频率响应函数
Figure BDA0003861308250000022
悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点的原点频率响应函数
Figure BDA0003861308250000023
以及第二安装点至第三安装点的频率响应函数
Figure BDA0003861308250000024
悬置软垫在不同设定工况、不同设定悬置载荷下的动刚度矩阵[K]；
动力总成被动侧的频率响应函数，车身处于实际约束状态下，车身与悬置软垫连接的第四安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000025
和第四安装点至车内目标点的频率响应函数
Figure BDA0003861308250000026
S3，车内目标点的加速度at的计算式为：
Figure BDA0003861308250000027
以at作为动力总成的NVH性能表征数据，F4为第四安装点的内力，且F4的计算式为：
Figure BDA0003861308250000028
进一步，所述S1具体包括如下步骤：S11，在动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点或悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点附近布置至少两个三向加速度传感器，以三向加速度传感器的布置位置作为边界载荷识别参考点，获取动力总成在不同测试工况下所述三向加速度传感器的数据，建立得到测试工况数据矩阵[N]；
S12，测试第一安装点至边界载荷识别参考点频率响应函数，建立得到频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000029
S13，计算得到动力总成的边界载荷Fbl，计算式为
Figure BDA00038613082500000210
进一步，所述S2中动力总成主动侧频率响应函数获取具体为：动力总成在自由边界条件下，在动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点上布置一个三向加速度传感器，采用力锤分别对若干个第一安装点的X、Y、Z三个方向进行激励，通过安装在力锤上的力传感器获取X、Y、Z方向上的激励力，并获取对应的三向加速度传感器的测试数据，根据三向加速度传感器输出的测试数据与激励力的比例关系获取第一安装点的原点频率响应函数，依次测试每个第一安装点的频率响应函数，建立若干个第一安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000031
进一步，所述S2中悬置主动侧支架的原点动刚度和频率响应函数的获取具体为：悬置主动侧支架在自由边界条件下，在悬置主动侧支架与动力总成连接的第二安装点和悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点各布置一个三向加速度传感器，采用力锤敲击法测试获取第二安装点的原点频率响应函数
Figure BDA0003861308250000032
第三安装点的原点频率响应函数
Figure BDA0003861308250000033
以及第二安装点至第三安装点的频率响应函数
Figure BDA0003861308250000034
进一步，所述S2中动力总成被动侧频率响应函数的获取具体为：车身处于实际约束状态下，在车身与悬置软垫连接的第四安装点上布置一个三向加速度传感器，在车内振动目标点布置三向加速度传感器，声音目标点布置麦克风，采用力锤敲击法测试获取第四安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000035
和第四安装点至车内目标点的频率响应函数
Figure BDA0003861308250000036
进一步，所述S2中各个相关部件的参数通过CAE计算获得或者通过实物单体试验测试获得。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明建立了动力总成振动噪声传递路径上的相关部件参数与整车NVH性能之间的数学模型，利用该数学模型进行整车动力总成的NVH性能预测，快速识别车内NVH性能风险点，并根据整车NVH性能要求设计振动噪声传递路径上各个部件的参数。
2、本发明所述分析方法能够快速评估大量的设计变更部件，前置了整车NVH设计及部件验证工作，能够在项目设计开发早期发现潜在的NVH问题，并进行整车级的优化，避免了在项目后期发现问题再变更方案而带来的成本增加。
3、本发明只需要各个部件供应商向车辆主机厂提供部件相关参数，而无需将各部件运往主机厂装配为一个完整的试验样车，便可以进行整车动力总成的NVH性能验证，这极大的缩短了项目开发周期，减少了零部件的往返运输成本。
4、本发明测试动力总成的激励力既可以在台架上测试，也可在整车上测试，无需将动力总成移除，工程化易实现，且得到的激励力不受被动侧安装结构的影响，可以独立表征激励源特性，这样对于搭载相同动力总成的整车项目只需要测试一次动力总成特性便可进行车内噪声与振动预测。
附图说明
图1是动力总成与车身的连接示意图；
图2是动力总成的受力分析示意图；
图3是悬置主动侧支架的受力分析示意图；
图4是悬置软垫的受力分析示意图；
图5是车身的受力分析示意图；
图6是边界载荷的作用示意图；
图7是本发明所述基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法的流程示意图。
图中，1—动力总成内部载荷虚拟作用位置，2—第一安装点，3—第三安装点，4—第四安装点，5—车内目标点；A—动力总成，B—车身，M—悬置主动侧支架，K—悬置软垫。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图7，所示的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其包括如下步骤：
S1，获取动力总成的边界载荷Fbl，在动力总成安装位置附近设置参考点，获取参考点的工况测试数据和安装点至参考点的频率响应函数，利用逆矩阵法对边界载荷进行求解，具体包括以下步骤。
S11，在动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点附近布置两个三向加速度传感器，以三向加速度传感器的布置位置作为边界载荷识别参考点，获取动力总成在不同测试工况下所述三向加速度传感器的数据，建立得到测试工况数据矩阵[N]。所述测试工况包括加速、减速、匀速和怠速。
为了保证载荷识别的准确性，两个三向加速度传感器到第一安装点的距离设置为不同。若有多个第一安装点作为激励源，则需要在每个第一安装点附近布置至少两个三向加速度传感器，形成所有参考点的测试工况数据矩阵。
S12，采用力锤敲击法测试第一安装点至边界载荷识别参考点频率响应函数，建立得到频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000041
在采用力锤敲击法测试时，参考点三向传感器布置位置与工况测试时布置位置一致，通过力锤分别对每个第一安装点的X、Y、Z三个方向进行激励。采用安装在力锤的力传感器获取每个方向的激励力，并获取对应的三向加速度传感器的测试数据，根据三向加速度传感器输出的测试数据与激励力的比例关系获取第一安装点至边界载荷识别参考点的频率响应函数。按照上述方式，分别对每个第一安装点X、Y、Z三个方向进行激励，获得第一安装点至边界载荷识别参考点的频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000051
S13，计算得到动力总成的边界载荷Fbl，计算式为
Figure BDA0003861308250000052
S2，获取动力总成振动传递路径上各个相关部件的参数，各个相关部件的参数通过CAE计算获得或者通过实物单体试验测试获得，在本实施例中，各个相关部件的参数通过实物单体试验测试获得。所述参数具体包括：动力总成主动侧频率响应函数、悬置主动侧支架的原点动刚度和频率响应函数、悬置软垫的动刚度矩阵以及动力总成被动侧频率响应函数。
动力总成主动侧的频率响应函数，动力总成在自由边界条件下，在动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点上布置一个三向加速度传感器，采用力锤分别对若干个第一安装点的X、Y、Z三个方向进行激励，通过安装在力锤上的力传感器获取X、Y、Z方向上的激励力，并获取对应的三向加速度传感器的测试数据，根据三向加速度传感器输出的测试数据与激励力的比例关系获取第一安装点的原点频率响应函数，依次测试每个第一安装点的频率响应函数，建立若干个第一安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000053
悬置主动侧支架的频率响应函数，悬置主动侧支架在自由边界条件下，在悬置主动侧支架与动力总成连接的第二安装点和悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点各布置一个三向加速度传感器，采用力锤敲击法测试获取第二安装点的原点频率响应函数
Figure BDA0003861308250000054
第三安装点的原点频率响应函数
Figure BDA0003861308250000055
以及第二安装点至第三安装点的频率响应函数
Figure BDA0003861308250000056
悬置软垫在不同设定工况、不同设定悬置载荷下的动刚度矩阵[K]；
动力总成被动侧的频率响应函数，车身处于实际约束状态下，在车身与悬置软垫连接的第四安装点上布置一个三向加速度传感器，在车内振动目标点布置三向加速度传感器，声音目标点布置麦克风，采用力锤敲击法测试获取第四安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure BDA0003861308250000057
和第四安装点至车内目标点的频率响应函数
Figure BDA0003861308250000058
以上所述部件的参数数据，可以由各自的供应商单独测试后提供，而无需运往主机厂，极大的前置了项目开发，且节省了项目开发成本。
S3，建立基于部件参数的整车动力总成NVH虚拟装配模型，并将S1和S2获取的参数代入虚拟装配模型，计算整车NVH响应，即计算得到车内目标点的加速度。
车内目标点的加速度at的计算式为：
Figure BDA0003861308250000059
以at作为动力总成的NVH性能表征数据，F4为第四安装点的内力，且F4的计算式为：
Figure BDA0003861308250000061
整车NVH问题分析通常包括：激励源-传递路径-响应三个部分。参见图1，所示的动力总成与车身的连接结构，包括依次连接的动力总成A、悬置主动侧支架M、悬置软垫K和车身B，激励源Fs作用于动力总成内部载荷虚拟作用位置1。分别对各个部件单独进行受力分析。
参见图2，对动力总成A进行受力分析，得其力与加速度方程为：
Figure BDA0003861308250000062
式中，a2为第一安装点的加速度，
Figure BDA0003861308250000063
为动力总成内部载荷虚拟作用位置至第一安装点的频率响应函数，Fs为动力总成的内部载荷，
Figure BDA0003861308250000064
为动力总成在自由边界条件下或预加载条件下第一安装点的原点频率响应函数，F2为第一安装点的内力。
参见图3，对悬置主动侧支架M进行受力分析得：
Figure BDA0003861308250000065
Figure BDA0003861308250000066
参见图4，对悬置软垫K进行受力分析得：
Figure BDA0003861308250000067
式中，F3为第三安装点3的内力，F4为第四安装点4的内力，K为悬置软垫的动刚度，a3为第三安装点3在测试工况下的加速度，a4为第四安装点在测试工况下的加速度，ω为角频率。
参见图5，对车身B进行受力分析得：
Figure BDA0003861308250000068
式中，
Figure BDA0003861308250000069
为车身B在自由边界条件下或预加载条件下第四安装点的原点频率响应函数。
则车内目标点5的加速度为：
Figure BDA00038613082500000610
式中，at为车内目标点的加速度，
Figure BDA00038613082500000611
为第四安装点至车内目标点的频率响应函数。
根据上述计算式，推导得：
Figure BDA00038613082500000612
在F4的计算式中，由于激励源内部的载荷FS一般无法获取，且无实际作用位置，因此将FS转化为作用在其第一安装点2的边界载荷Fbl，该边界载荷Fbl具有确定的作用点且可识别。为保证转化的等效性，该边界载荷Fbl与激励源内部载荷FS在车内目标点5产生的加速度须相等。边界载荷作用参见图6，针对图6中各个部件单独进行受力分析。
对动力总成进行受力分析，得其力与加速度方程为：
Figure BDA0003861308250000071
对于悬置主动侧支架M、悬置软垫K和车身B的受力分析与图3至图5相同，因此得到边界载荷Fbl引起的界面内力表达式为：
Figure BDA0003861308250000072
由边界载荷Fbl引起的车内目标点的加速度为：
Figure BDA0003861308250000073
由于内部载荷FS与边界载荷Fbl在车内目标点产生的加速度响应相等，则有：
Figure BDA0003861308250000074
可见，边界载荷Fbl只与动力总成A的自身特性相关，而与悬置系统及车身没有关系，且与该动力总成的安装状态无关，因此该边界载荷能够表征动力总成的独立特性，既可在台架上获取也可在整车上获取。
本发明整车虚拟装配模型中的变量均为各个部件独立的参数特性，因此只需要获得各个部件的数据，无需进行整车装配，便可进行整车级系统验证，极大的前置了整车NVH性能设计及部件验证工作，便于在早期发现问题并控制，节约了项目开发成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，获取动力总成的边界载荷Fbl；
S2，获取动力总成振动传递路径上各个相关部件的参数，所述参数包括：
动力总成主动侧的频率响应函数，动力总成在自由边界条件下，动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure RE-FDA0003963839140000011
悬置主动侧支架的频率响应函数，悬置主动侧支架在自由边界条件下，悬置主动侧支架与动力总成连接的第二安装点的原点频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000012
悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点的原点频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000013
以及第二安装点至第三安装点的频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000014
悬置软垫在不同设定工况、不同设定悬置载荷下的动刚度矩阵[K]；
动力总成被动侧的频率响应函数，车身处于实际约束状态下，车身与悬置软垫连接的第四安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure RE-FDA0003963839140000015
和第四安装点至车内目标点的频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000016
S3，车内目标点的加速度at的计算式为：
Figure RE-FDA0003963839140000017
以at作为动力总成的NVH性能表征数据，F4为第四安装点的内力，且F4的计算式为：
Figure RE-FDA0003963839140000018
2.根据权利要求1所述的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：S11，在动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点或悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点附近布置至少两个三向加速度传感器，以三向加速度传感器的布置位置作为边界载荷识别参考点，获取动力总成在不同测试工况下所述三向加速度传感器的数据，建立得到测试工况数据矩阵[N]；
S12，测试第一安装点至边界载荷识别参考点的频率响应函数，建立得到频率响应函数矩阵
Figure RE-FDA0003963839140000019
S13，计算得到动力总成的边界载荷Fbl，计算式为
Figure RE-FDA00039638391400000110
3.根据权利要求1或2所述的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其特征在于，所述S2中动力总成主动侧频率响应函数获取具体为：动力总成在自由边界条件下，在动力总成与悬置主动侧支架连接的第一安装点上布置一个三向加速度传感器，采用力锤分别对若干个第一安装点的X、Y、Z三个方向进行激励，通过安装在力锤上的力传感器获取X、Y、Z方向上的激励力，并获取对应的三向加速度传感器的测试数据，根据三向加速度传感器输出的测试数据与激励力的比例关系获取第一安装点的原点频率响应函数，依次测试每个第一安装点的频率响应函数，建立若干个第一安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure RE-FDA0003963839140000021
4.根据权利要求1或2所述的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其特征在于，所述S2中悬置主动侧支架的频率响应函数的获取具体为：悬置主动侧支架在自由边界条件下，在悬置主动侧支架与动力总成连接的第二安装点和悬置主动侧支架与悬置软垫连接的第三安装点各布置一个三向加速度传感器，采用力锤敲击法测试获取第二安装点的原点频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000022
第三安装点的原点频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000023
以及第二安装点至第三安装点的频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000024
5.根据权利要求1或2所述的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其特征在于，所述S2中动力总成被动侧频率响应函数的获取具体为：车身处于实际约束状态下，在车身与悬置软垫连接的第四安装点上布置一个三向加速度传感器，在车内振动目标点布置三向加速度传感器，声音目标点布置麦克风，采用力锤敲击法测试获取第四安装点的原点频率响应函数矩阵
Figure RE-FDA0003963839140000025
和第四安装点至车内目标点的频率响应函数
Figure RE-FDA0003963839140000026
6.根据权利要求1或2所述的基于部件参数的整车动力总成的NVH性能分析方法，其特征在于：所述S2中各个相关部件的参数通过CAE计算获得或者通过实物单体试验测试获得。
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