CN118050183A - 一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法 - Google Patents

一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，以汽车车轮为例，包括车轮的单品约束状态和整车安装状态两种状态下的测量和计算过程；在单品约束状态时，车轮固定在定制设计加工的夹具上；在整车安装状态时，车轮安装在车辆上且车辆静置在水平面上。分别考虑车轮的轮盘和轮辋部位两种情况，适当选取加速度传感器和力传感器的测点，测得加速度—力传递函数，并据此测量结果和相应的计算方法，分别算出轮盘和轮辋部位的扭转刚度。本发明方法能够系统地考察车轮的轮盘、轮辋部位在单品约束状态和装车后整车状态下的振动特性，能够便于对轮盘轮辋的扭转刚度频率特性开展定量分析和评价改善。

Description

一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法
技术领域
本发明属于汽车车轮动态性能测试和计算技术领域，特别涉及一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法。
背景技术
专利号CN201911409547.6公开了一种轿车车轮自由模态测试方法，其具体技术方案为：(1)采用敲击法进行车轮模态测试；定义试验时沿轮圈以及轮辐位置参考布置方式，对车轮的轮辐和轮辋结构表明取点，并做简化处理，建立线条模型；(2)然后用橡皮绳将车轮离地悬吊在一个刚性支架上；(3)在跟线条模型对应的车轮实体的取点位置上布置加速度传感器；确定车轮模态车辆试验时的激励点，并做好标记；(4)借助商用模态测试软件系统，按照软件参数设置规定以及试验操作流程，采用力锤激振法开展车轮自由状态下的模态测试；(5)利用简化车轮整体模型、轮圈、轮辐以及车轮整体有限元模型，对试验结果中的模态振型进行识别；(6)最后得到较为准确的测量车轮自由状态下的模态频率以及模态振型。该方案虽然能够较为准确地测量车轮自由状态下的模态频率以及模态振型，但是其存在以下缺陷：(1)针对车轮自由状态测量了振动—力传递函数，没有考虑约束状态下的传递函数，而车轮的5个螺栓安装孔处于紧固约束状态，这跟产品实际使用状况存在很大差异；(2)该方法激振点和测量点较多；根据其描述统计可能超过20个，故导致测量耗时较长，工作量偏大；(3)所得模态频率振型结果及图形、动画，虽然可作为产品开发改进方向的必要初始信息，但还不够全面。
专利号CN201610049512.6公开一种模拟整车状态下车轮力传递函数测试方法及装置，其具体技术方案为：(1)可调支架、安装在车轮两侧轮毂处的车轮力传递函数测试装置、连接车轮与可调支架的车轮支撑装置、圆盘以及安装在圆盘圆心处的凸台；(2)安装在车轮力传递函数测试装置上的轮芯加速度计、安装在车轮胎顶处的胎顶加速度计、力触发装置、数据采集器以及计算机；(3)轮心加速度计、胎顶加速度计通过连接线连接到数据采集器的输入端；力触发装置连接至数据采集的输入端；数据采集器的输出端连接计算机；(4)车轮支撑装置包括液压缸，液压缸通过导向活塞连接横梁滑块，液压缸还通过支撑杆连接锁紧环，锁紧环将凸台与可调支架进行固定，液压缸通过连接线连接到数据采集器的输入端。该方案的车轮两端都需要通过制作专用夹具来固定，且整个夹具的结构设计比较复杂，占用空间尺寸较多，拆卸和安装都不够便利；液压缸、导向活塞、横梁滑块、支撑杆、锁紧环等散件较多，部件组成繁杂，需要统一协调配合才能完成，而且事先必须培训操作人员，操作过程中安全防护事项注意点相对较多；另外，该方案中胎顶对轮心的传递函数虽是整车状态下获取的，但显然其更偏重于考察轮胎胎面橡胶部分，采取轮心激励作用获取响应信号，并没有考察车轮金属部位的动态特性。
整车状态由于汽车车轮模态频率刚度等问题可能带来车内噪声影响，一般通过包括改进车轮局部结构刚度频率来提升整车噪声舒适性品质。但现有技术一般都从车轮侧向刚度仿真和测量角度出发，加以分析改进，较少逐一考察气门、轮盘、轮辐、轮辋等局部结构特性以及材料属性。另外，现有技术专注于车轮轮心激励带来的轮胎橡胶(胎面部位)响应信号，虽然着重考察了实车状态车轮总成的动态特性，但忽视了车轮系统所属金属部位(轮辋和轮盘部位)在约束状态和整车安装状态的动态特性。事实上，轮胎橡胶虽是车轮总车唯一接地部位，但车轮金属圈部位在车辆行驶动态工况中的性能表现仍是不可或缺的考察对象。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，传递函数的测量方式简便且精确，还能够解决车轮的扭转刚度测算问题，可以利于改进产品设计性能，应用于汽车或其他机械行业。
为了实现本发明目的，本发明提供的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，包括单品约束状态和整车安装状态两种状态下的测量，在单品约束状态时，车轮固定在夹具上，在整车安装状态，车轮安装在车辆上且车辆静置在水平面上；
考虑轮盘时，单品约束状态下和整车安装状态下，在车轮轮盘上选取测点A和测点B，其中，测点A位于车轮气门旁，测点A通过轮心180°对应车轮轮盘的位置为测点B；在车轮轮盘上且位于测点A和测点B的近旁分别布置加速度计，然后在测点A的近旁施加激励，同时得到在测点A近旁的力激励作用下，测点A和测点B处的加速度响应传递函数；在测点B的近旁施加激励，同时得到测点B近旁的力激励作用下，测点B和测点A处的加速度响应的传递函数；在车轮轮盘上选取测点C和测点D，其中，测点C位于测点A顺时针旋转90°对应车轮轮盘的位置，测点D位于测点B顺时针旋转90°对应车轮轮盘的位置；在车轮轮盘上且位于测点C和测点D的近旁分别布置加速度计，然后在测点C的近旁施加激励，同时得到在测点C近旁的力激励作用下，测点C和测点D处的加速度响应传递函数；在测点D的近旁施加激励，同时得到测点D近旁的力激励作用下，测点C和测点D处的加速度响应的传递函数，基于得到的传递函数计算得出轮盘的扭转刚度kD；
考虑轮辋时，单品约束状态下，在轮辋的外表面或内表面上选取测点A1和测点B1，整车安装状态下，在轮辋的内表面选取测点A1和测点B1，其中，测点A1位于车轮气门旁，测点A1通过轮心180°对应的轮辋位置为测点B1；在轮辋上且位于测点A1和测点B1的近旁分别设置加速度计，然后在测点A1的近旁施加激励，同时得到在测点A1的近旁的力激励作用下，测点A1和测点B1处加速度响应的传递函数，在测点B1的近旁施加激励，同时得到在测点B1和测点A1处的加速度响应的传递函数；在车轮轮辋上选取测点C1和测点D1，其中，测点C1位于测点A1顺时针旋转90°对应车轮轮辋的位置，测点D1位于测点B1顺时针旋转90°对应车轮轮辋的位置；在车轮轮辋上且位于测点C1和测点D1的近旁分别布置加速度计，然后在测点C1的近旁施加激励，同时得到在测点C近旁的力激励作用下，测点C1和测点D1处的加速度响应传递函数；在测点D1的近旁施加激励，同时得到测点D1近旁的力激励作用下，测点C1和测点D1处的加速度响应的传递函数；基于得到的传递函数计算得出轮辋的扭转刚度kR。
进一步地，所述夹具包括法兰面夹具和传递函数测量用夹具，车轮固定在法兰面夹具上，法兰面夹具和传递函数测量用夹具连接。
进一步地，所述法兰面夹具包括法兰平面和设置在法兰平面上的法兰凸台，法兰凸台上周向设置有多个安装孔，车轮通过紧固件与车轮轮心环周上设置的多个安装孔位与法兰凸台上的多个安装孔一一相配合固定在法兰面夹具上。
进一步地，传递函数测量用夹具包括夹具基座、设置在夹具基座上的夹具主体、位于夹具主体顶部的夹具上平面，夹具上平面和法兰平面固定连接。
进一步地，通过力锤施加激励。
进一步地，测点的近旁为距相应传感器布置部位的1～3mm位置处。
进一步地，测点A和测点A1要尽可能靠近气门。
进一步地，测点A和测点A1位于距离气门0～3mm位置处。
进一步地，所述轮盘的扭转刚度kD为
KD＝2π2d2/|AD/FD|(f2 2-f2)(f2 2-f1 2)/(f1 2-f2)
式中，d为测点A、测点B中心之间的间距；AD/FD为加速度—力传递函数的平均值，即：AD/FD＝(A1/F1-A2/F1+A2/F2-A1/F2+A3/F3-A4/F3+A4/F4-A3/F4)/4，f为AD/FD函数的主要频率；|AD/FD|为频率f’对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1为A/F函数的反共振谷值频率；f2为A/F函数的反共振峰值频率；
在测点A的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1/F1和A2/F1，其中：A1/F1为测点A近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数，A2/F1为测点A近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数；而在测点B的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2/F2和A1/F2，其中：A2/F2为测点B近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数；A1/F2为测点B近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数；而在测点C的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3/F3和A4/F3，其中：A3/F3为测点C近旁的力激励作用下，测点C加速度响应的传递函数；A4/F3为测点C近旁的力激励作用下，测点D加速度响应的传递函数；而在测点D的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4/F4和A3/F4，其中：A4/F4为测点D近旁的力激励作用下，测点D加速度响应的传递函数；A3/F4为测点D近旁的力激励作用下，测点C加速度响应的传递函数。
进一步地，所述轮辋的扭转刚度kR为：
KR＝2π2d”2/|AR/FR|(f2’2-f’2)(f2’2-f1’2)/(f1’2-f’2)
式中，d”为测点A1、测点B1中心之间的间距,AR/FR函数为加速度—力传递函数平均值，其中，AR/FR＝(A1’/F1’-A2’/F1’+A2’/F2’-A1’/F2’+A3’/F3’-A4’/F3’+A4’/F4’-A3’/F4’)/4，f”为AR/FR函数的主要频率；|AR/FR|为频率f”对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1’为AR/FR函数的反共振谷值频率；f2’为AR/FR函数的反共振峰值频率；在测点A1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1’/F1’和A2’/F1’，其中：A1’/F1’为测点A1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数，A2’/F1’为测点A1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数；在测点B1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2’/F2’和A1’/F2’，其中：A2’/F2’为测点B1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数，A1’/F2’为测点B1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数；而在测点C1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3’/F3’和A4’/F3’，其中：A3’/F3’为测点C1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数，A4’/F3’为测点C1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；而在测点D1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4’/F4’和A3’/F4’，其中：A4’/F4’为测点D1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；A3’/F4’为测点D1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数。
与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：
气门、轮盘、轮辋等这些部位是车轮系统的重要组成部分，不仅影响刚度，对于防止因该问题而传递至车内的共振和噪声也有很大改善作用，特别是气门部位是车轮系零件系统比较薄弱的环节也是功能部件，需要重点考察，本发明专注于汽车车轮系统(金属部分)的扭转特性，在气门附近选取测点，能够系统地考察车轮的轮盘轮辋等部位在单品约束状态和装车后的整车状态振动特性，还能够便于对轮盘轮辋的扭转刚度频率特性(根据实际工程经验，对一定尺寸的轮盘轮辋扭转刚度频率：一般要求大于300Hz)进行管控。
附图说明
图1是本发明实施例中车轮单品测试系统的爆炸图。
图2是本发明实施例中车轮、法兰、夹具的安装效果图。
图3是本发明实施例中车轮单品测试系统前视图。
图4是本发明实施例中轮盘上的力传感器(力锤)和加速度传感器(加速度计)的设置位置示意图。
图5是本发明实施例中整车安装状态时轮盘上的测点的位置示意图。
图6是本发明实施例中加速度—力传递函数示意图。
图7是本发明实施例中单品约束状态下轮辋上的力传感器(力锤)和加速度传感器(加速度计)的位置示意图。
图8是本发明实施例中整车安装状态下轮辋上测点的位置示意图。
图9是本发明实施例提供的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法的步骤图。
图中，1-轮辋，2-轮盘，3-法兰凸台，4-法兰平面，5-夹具上平面，6-夹具主体，7-夹具基座，8-车轮，9-法兰面夹具，10-传递函数测量用夹具，11-气门。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和特点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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，都是本发明保护的范围。
本发明提供一种单品约束状态和整车安装状态的汽车车轮传递函数测量和扭转刚度计算方法，通过测量传递函数，计算扭转刚度。
单品约束状态下，将车轮固定在夹具上。整车安装状态下，将车轮安装在车辆上。
如图1和图2所示，夹具包括法兰面夹具9和传递函数测量用夹具10，法兰面夹具包括法兰平面4和设置在法兰平面4上的法兰凸台3，法兰凸台3上周向设置有多个安装孔，传递函数测量用夹具包括夹具主体6、分别位于夹具主体6顶部和底部的夹具上平面5和夹具基座7，车轮通过螺柱与车轮轮心环周上设置的多个螺柱孔位与法兰凸台3上的多个安装孔一一相配合固定在法兰面夹具上，然后将法兰面夹具的法兰平面4与传递函数测量用夹具的夹具上平面5对接，两个平面固接，既为了安装也可以确保刚性，保证测量过程及结果无偏差的考量。另外，在本发明的其中一些实施例中，夹具安装在轮毂上的紧固力矩为100N.m。
在本发明的其中一些实施例中，法兰凸台3上周向设置的安装孔有5个。车轮轮心环周上设置有5个螺柱孔位，车轮通过螺柱和螺柱孔位约束固定在夹具上，且将轮盘平面保持水平位置；如图4所示，通过安装在轮心环周上的5个螺柱孔位，布置加速度计，施加力激励作用，得到车轮轮盘轮辋部位的响应作用即加速度/力的传递函数。夹具的孔位可以根据实际需要进行加工，在其他实施例中，安装孔的数量也可以设置为其他数值，如少于或多于5个。
在本发明的其中一些实施例中，夹具基座7的材质为铁。
一种单品约束状态的汽车车轮传递函数测量和扭转刚度计算方法，包括以下步骤：单品约束状态下，考虑轮盘时，
(1)如图3和图4所示，在车轮轮盘上，确定的测点位置为位于轮气门旁的测点A，测点A通过轮心180°对应车轮部位的位置为测点B；
(2)在车轮轮盘上，车轮气门A点的近旁及通过轮心180°对应车轮部位测点B点分别布置一个加速度计；然后用力锤激励测点A的近旁(不能敲击到加速度计)，同时得到在测点A近旁的力激励作用下，测点A和测点B处的加速度—力传递函数A1/F1和A2/F1；再用力锤激励测点B的近旁(不能敲击到加速度计)，同时得到测点B近旁的力激励作用下，测点B和测点A处的加速度—力传递函数A2/F2和A1/F2。
(3)在车轮轮盘上将与测点A和测点B顺时针旋转方向成90°角的两点作为测点C和测点D，测点C和测点D互为180°角，在测点C和测点D的近旁处均事先分别各布置好一个加速度计，在测点C的近旁通过力锤施加激励(不能敲击到加速度计)，得到在测点C近旁的力激励作用下，测点C和测点D处的加速度—力响应的传递函数A3/F3和A4/F3；然后，在测点D的近旁通过力锤施加力激励(不能敲击到加速度计)，同时可以得到在测点C和D测点处的加速度—力响应的传递函数A3/F4和A4/F4；
(4)基于步骤(2)和步骤(3)得到的加速度—力传递函数得到轮盘的扭转刚度，其中，轮盘的扭转刚度(Torsional Stiffness)kD为：
KD＝2π2d2/|AD/FD|(f2 2-f2)(f2 2-f1 2)/(f1 2-f2)
式中，d为A、B两个测点中心之间的间距(m)；AD/FD为加速度—力传递函数均值，AD/FD＝(A1/F1-A2/F1+A2/F2-A1/F2+A3/F3-A4/F3+A4/F4-A3/F4)/4，f为AD/FD函数的主要频率；|AD/FD|为频率f’对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，A1/F1为测点A近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数(m/s2/N)，A2/F1为测点A近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数(m/s2/N)，A2/F2为测点B近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数(m/s2/N)，A1/F2为测点B近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数(m/s2/N)；A3F3为测点C近旁的力激励作用下，C点加速度响应的传递函数(m/s2/N)，A4/F3为测点D近旁的力激励作用下，C点加速度响应的传递函数(m/s2/N)，A3/F4为测点D近旁的力激励作用下，C点加速度响应的传递函数(m/s2/N)，A4/F4为测点D近旁的力激励作用下，D点加速度响应的传递函数(m/s2/N)；f1为AD/FD函数的反共振谷值频率(Hz)；f2为AD/FD函数的反共振峰值频率(Hz)。
单品约束状态下，考虑轮辋时，
(1)如图7所示，在单品车轮状态的轮辋的外表面或内表面上，确定的测点位置为轮辋位于轮气门旁的测点A1，测点A1通过轮心180°对应车轮轮辋的位置为测点B1；
(2)在单品车轮状态的轮辋上，车轮气门A1点近旁及通过轮心180°对应车轮部位测点B1点的近旁分别布置一个加速度计；然后用力锤激励测点A1的近旁(不要敲击到加速度计)，同时得到在测点A1的近旁的力激励作用下，测点A1和测点B1处的加速度—力传递函数A1’/F1’和A2’/F1’；再用力锤激励测点B1的近旁(不要敲击到加速度计)，同时得到在测点B1和测点A1处的加速度—力传递函数A2’/F2’和A1’/F2’。
(3)在车轮轮辋上将与A1点和B1点顺时针旋转方向成90°角的两点作为测点C1和测点D1，测点C1和测点D1互为180°角，在测点C1和测点D1近旁分别布置一个加速度计；然后用力锤激励测点C1的近旁，同时得到加速度—力传递函数A3’/F3’和A4’/F3’；再用力锤激励测点D1的近旁，同时得到加速度—力传递函数A3’/F4’和A4’/F4’。
(4)根据测量得到的加速度—力传递函数结果，利用以下计算方法，算得轮辋的扭转刚度(Torsional Stiffness)kR为：
KR＝2π2d’2/|AR/FR|(f2’2-f’2)(f2’2-f1’2)/(f1’2-f”2)
式中，d’为测点A1、测点B1中心之间的间距(m)；AR/FR为加速度—力传递函数均值，AR/FR＝(A1’/F1’-A2’/F1’+A2’/F2’-A1’/F2’+A3’/F3’-A4’/F3’+A4’/F4’-A3’/F4’)/4，f”为被AR/FR函数的主要频率；|AR/FR|为频率f”对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1’为AR/FR函数的反共振谷值频率；f2’为AR/FR函数的反共振峰值频率。具体说明如下：在测点A1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1’/F1’和A2’/F1’，其中：A1’/F1’为测点A1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数，A2’/F1’为测点A1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数；在测点B1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2’/F2’和A1’/F2’，其中：A2’/F2’为测点B1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数，A1’/F2’为测点B1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数；而在测点C1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3’/F3’和A4’/F3’，其中：A3’/F3’为测点C1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数，A4’/F3’为测点C1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；而在测点D1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4’/F4’和A3’/F4’，其中：A4’/F4’为测点D1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；A3’/F4’为测点D1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数。
一种整车安装状态的汽车车轮传递函数测量及扭转刚度计算方法，包括以下步骤：
整车状态，将车辆定置停放在水平地面上，考虑轮盘时，选取的测点与单品约束状态时选取的测点位置一致：
(1)如图5所示，在车轮轮盘上，确定的测点位置为位于轮气门旁的测点A，测点A通过轮心180°对应车轮部位的位置为测点B；
(2)在车轮轮盘上，车轮气门A点近旁及通过轮心180°对应车轮部位测点B点分别布置一个加速度计；然后用力锤激励测点A的近旁，同时得到在测点A近旁的力激励作用下、测点A和测点B处的加速度—力传递函数A1/F1和A2/F1；再用力锤激励测点B的近旁，同时得到测点B近旁的力激励作用下、测点B和测点A处的加速度—力传递函数A2/F2和A1/F2。
(3)在车轮轮盘上将与A点和B点顺时针旋转方向成90°角的两点作为测点C和测点D，测点C和测点D互为180°角，在测点C的近旁施加激励，得到在测点C的近旁的力激励作用下，测点C和测点D处加速度响应的传递函数，在测点D的近旁施加激励，得到在测点D和测点C处的加速度响应的传递函数。
(4)基于步骤(2)和步骤(3)测得的加速度—力传递函数得到车轮轮盘的扭转刚度，车轮轮盘的扭转刚度kD，算得
KD＝2π2d2/|AD/FD|(f2 2-f2)(f2 2-f1 2)/(f1 2-f2)
式中，d为测点A、测点B中心之间的间距；AD/FD为加速度—力传递函数的平均值，即：AD/FD＝(A1/F1-A2/F1+A2/F2-A1/F2+A3/F3-A4/F3+A4/F4-A3/F4)/4，f为AD/FD函数的主要频率；|AD/FD|为频率f对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1为AD/FD函数的反共振谷值频率；f2为AD/FD函数的反共振峰值频率。具体说明如下：在测点A的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1/F1和A2/F1，其中：A1/F1为测点A近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数，A2/F1为测点A近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数；而在测点B的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2/F2和A1/F2，其中：A2/F2为测点B近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数；A1/F2为测点B近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数；而在测点C的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3/F3和A4/F3，其中：A3/F3为测点C近旁的力激励作用下，测点C加速度响应的传递函数；A4/F3为测点C近旁的力激励作用下，测点D加速度响应的传递函数；而在测点D的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4/F4和A3/F4，其中：A4/F4为测点D近旁的力激励作用下，测点D加速度响应的传递函数；A3/F4为测点D近旁的力激励作用下，测点C加速度响应的传递函数。
一种整车安装状态的汽车车轮传递函数测量及扭转刚度计算方法，包括以下步骤：
整车安装状态，考虑轮辋时，
(1)如图8所示，在车轮轮辋的内表面上，确定的测点位置为位于轮气门旁的测点A1，测点A1通过轮心180°对应车轮部位的位置为测点B1；
(2)在车轮轮辋上，在车轮气门A1点近旁及通过轮心180°对应车轮部位测点B1点分别布置一个加速度计；然后用力锤激励测点A1的近旁，同时得到测点A1和测点B1处的加速度—力传递函数数A1’/F1’和A2’/F1’；再用力锤激励测点B1的近旁，同时得到在测点B1和测点A1处的加速度—力传递函数A2’/F2’和A1’/F2’。
(3)在车轮轮辋上将与A1点和B1点顺时针旋转方向成90°角的两点作为测点C1和测点D1，测点C1和测点D1互为180°角，在测点C1的近旁施加激励，得到在测点C1的近旁的力激励作用下，测点C1和测点D1处加速度响应的传递函数，在测点D1的近旁施加激励，得到在测点D1和测点C1处的加速度响应的传递函数。
(3)基于步骤(2)和步骤(3)得到的加速度—力传递函数得到轮辋的扭转刚度，轮辋的扭转刚度(Torsional Stiffness)kR为：
KR＝2π2d”2/|AR/FR|(f2’2-f’2)(f2’2-f1’2)/(f1’2-f’2)
式中，d”为测点A1、测点B1之间的间距，AR/FR函数为加速度—力传递函数平均值，AR/FR＝(A1’/F1’-A2’/F1’+A2’/F2’-A1’/F2’+A3’/F3’-A4’/F3’+A4’/F4’-A3’/F4’)/4，f”为被AR/FR函数的主要频率；|AR/FR|为频率f”对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1’为AR/FR函数的反共振谷值频率；f2’为AR/FR函数的反共振峰值频率。具体说明如下：在测点A1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1’/F1’和A2’/F1’，其中：A1’/F1’为测点A1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数，A2’/F1’为测点A1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数；在测点B1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2’/F2’和A1’/F2’，其中：A2’/F2’为测点B1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数，A1’/F2’为测点B1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数；而在测点C1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3’/F3’和A4’/F3’，其中：A3’/F3’为测点C1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数，A4’/F3’为测点C1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；而在测点D1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4’/F4’和A3’/F4’，其中：A4’/F4’为测点D1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；A3’/F4’为测点D1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数。
测点近旁为靠近该测点的1～3mm位置处，在本发明的其中一些实施例中，如测点A的近旁或测点B的近旁为测点A或测点B处的1～3mm位置处。
设置在气门旁的测点(如测点A)要尽可能靠近气门旁，在本发明的其中一些实施例中，设置在气门旁的测点和气门之间的距离范围为0～3mm。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，包括单品约束状态和整车安装状态两种状态下的测量，在单品约束状态时，车轮固定在夹具上；在整车安装状态，车轮安装在车辆上且车辆静置在水平面上；
考虑轮盘时，单品约束状态下和整车安装状态下，在车轮轮盘上选取测点A和测点B，其中，测点A位于车轮气门旁，测点A通过轮心180°对应车轮轮盘的位置为测点B；在车轮轮盘上且位于测点A和测点B的近旁分别布置加速度计，然后在测点A的近旁施加激励，同时得到在测点A近旁的力激励作用下，测点A和测点B处的加速度响应传递函数；在测点B的近旁施加激励，同时得到测点B近旁的力激励作用下，测点B和测点A处的加速度响应的传递函数；在车轮轮盘上选取测点C和测点D，其中，测点C位于测点A顺时针旋转90°对应车轮轮盘的位置，测点D位于测点B顺时针旋转90°对应车轮轮盘的位置；在车轮轮盘上且位于测点C和测点D的近旁分别布置加速度计，然后在测点C的近旁施加激励，同时得到在测点C近旁的力激励作用下，测点C和测点D处的加速度响应传递函数；在测点D的近旁施加激励，同时得到测点D近旁的力激励作用下，测点C和测点D处的加速度响应的传递函数，基于得到的传递函数计算得出轮盘的扭转刚度kD；
考虑轮辋时，单品约束状态下，在轮辋的外表面或内表面上选取测点A1和测点B1，整车安装状态下，在轮辋的内表面选取测点A1和测点B1，其中，测点A1位于车轮气门旁，测点A1通过轮心180°对应的轮辋位置为测点B1；在轮辋上且位于测点A1和测点B1的近旁分别设置加速度计，然后在测点A1的近旁施加激励，同时得到在测点A1的近旁的力激励作用下，测点A1和测点B1处加速度响应的传递函数，在测点B1的近旁施加激励，同时得到在测点B1和测点A1处的加速度响应的传递函数；在车轮轮辋上选取测点C1和测点D1，其中，测点C1位于测点A1顺时针旋转90°对应车轮轮辋的位置，测点D1位于测点B1顺时针旋转90°对应车轮轮辋的位置；在车轮轮辋上且位于测点C1和测点D1的近旁分别布置加速度计，然后在测点C1的近旁施加激励，同时得到在测点C近旁的力激励作用下，测点C1和测点D1处的加速度响应传递函数；在测点D1的近旁施加激励，同时得到测点D1近旁的力激励作用下，测点C1和测点D1处的加速度响应的传递函数；基于得到的传递函数计算得出轮辋的扭转刚度kR。
2.根据权利要求1所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，所述夹具包括法兰面夹具和传递函数测量用夹具，车轮固定在法兰面夹具上，法兰面夹具和传递函数测量用夹具连接。
3.根据权利要求2所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，所述法兰面夹具包括法兰平面和设置在法兰平面上的法兰凸台，法兰凸台上周向设置有多个安装孔，车轮通过紧固件与车轮轮心环周上设置的多个安装孔位与法兰凸台上的多个安装孔一一相配合固定在法兰面夹具上。
4.根据权利要求3所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，传递函数测量用夹具包括夹具基座、设置在夹具基座上的夹具主体、位于夹具主体顶部的夹具上平面，夹具上平面和法兰平面固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，通过力锤施加激励。
6.根据权利要求1所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，测点的近旁为距相应传感器布置部位的1～3mm位置处。
7.根据权利要求1所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，测点A和测点A1要尽可能靠近气门。
8.根据权利要求7所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，测点A和测点A1位于距离气门0～3mm位置处。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，所述轮盘的扭转刚度kD为
KD＝2π2d2/|AD/FD|(f2 2-f2)(f2 2-f1 2)/(f1 2-f2)
式中，d为测点A、测点B中心之间的间距；AD/FD为加速度—力传递函数的平均值，即：AD/FD＝(A1/F1-A2/F1+A2/F2-A1/F2+A3/F3-A4/F3+A4/F4-A3/F4)/4，f为AD/FD函数的主要频率；|AD/FD|为频率f’对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1为AD/FD函数的反共振谷值频率；f2为AD/FD函数的反共振峰值频率；
在测点A的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1/F1和A2/F1，其中：A1/F1为测点A近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数，A2/F1为测点A近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数；而在测点B的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2/F2和A1/F2，其中：A2/F2为测点B近旁的力激励作用下，B点加速度响应的传递函数；A1/F2为测点B近旁的力激励作用下，A点加速度响应的传递函数；而在测点C的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3/F3和A4/F3，其中：A3/F3为测点C近旁的力激励作用下，测点C加速度响应的传递函数；A4/F3为测点C近旁的力激励作用下，测点D加速度响应的传递函数；而在测点D的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4/F4和A3/F4，其中：A4/F4为测点D近旁的力激励作用下，测点D加速度响应的传递函数；A3/F4为测点D近旁的力激励作用下，测点C加速度响应的传递函数。
10.根据权利要求1-8任一所述的一种传递函数及扭转刚度的测量和计算方法，其特征在于，所述轮辋的扭转刚度kR为：
KR＝2π2d'’2/|AR/FR|(f2 ’2-f’2)(f2 ’2-f1 ’2)/(f1 ’2-f’2)
式中，d'’为测点A1、测点B1中心之间的间距,AR/FR函数为加速度—力传递函数平均值，其中，AR/FR＝(A1 ’/F1 ’-A2 ’/F1 ’+A2 ’/F2 ’-A1 ’/F2 ’+A3 ’/F3 ’-A4 ’/F3 ’+A4 ’/F4 ’-A3 ’/F4 ’)/4，f”为AR/FR函数的主要频率；|AR/FR|为频率f’’对应的加速度—力传递函数的幅值的绝对值，f1 ’为AR/FR函数的反共振谷值频率；f2 ’为AR/FR函数的反共振峰值频率；在测点A1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A1 ’/F1 ’和A2 ’/F1 ’，其中：A1 ’/F1 ’为测点A1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数，A2 ’/F1 ’为测点A1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数；在测点B1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A2 ’/F2 ’和A1 ’/F2 ’，其中：A2 ’/F2 ’为测点B1近旁的力激励作用下，B1点加速度响应的传递函数，A1 ’/F2 ’为测点B1近旁的力激励作用下，A1点加速度响应的传递函数；而在测点C1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A3 ’/F3 ’和A4 ’/F3 ’，其中：A3 ’/F3 ’为测点C1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数，A4 ’/F3 ’为测点C1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；而在测点D1的近旁施加激励时，得到加速度—力传递函数A4 ’/F4 ’和A3 ’/F4 ’，其中：A4 ’/F4 ’为测点D1近旁的力激励作用下，测点D1加速度响应的传递函数；A3 ’/F4 ’为测点D1近旁的力激励作用下，测点C1加速度响应的传递函数。
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