基于移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的車身懸置動(dòng)剛度估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種轎車車身NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）技術(shù)領(lǐng)域的動(dòng)剛度 估計(jì)方法，具體是一種基于移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的車身懸置動(dòng)剛度估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 懸置廣泛應(yīng)用于汽車、船舶等機(jī)械系統(tǒng)中，如動(dòng)力總成懸置、橡膠襯套及排氣管懸 吊，主要起著支撐及減振降噪的作用，而懸置的動(dòng)剛度特性則是評價(jià)其隔離振動(dòng)能力的主 要指標(biāo)。
[0003] 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)之間的連接剛度大小，通常將系統(tǒng)分為兩種情況。第一種系統(tǒng)的連 接剛度較大或剛性連接，作為一個(gè)整體無法分解為更小的子系統(tǒng)，第二種系統(tǒng)的連接剛度 較小，可以分為多個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間通過懸置連接組成整個(gè)系統(tǒng)。前者主要通過試驗(yàn)?zāi)?態(tài)分析方法進(jìn)行激勵(lì)源的貢獻(xiàn)量分析，而后者是工程中最常見的系統(tǒng)，主要運(yùn)用傳遞路徑 分析方法進(jìn)行各個(gè)子系統(tǒng)之間的能量傳遞分析，首先需要確定振源和噪聲源的位置，然后 分析振動(dòng)和噪聲從激勵(lì)源傳遞到目標(biāo)點(diǎn)的路徑，并計(jì)算出每個(gè)激勵(lì)源對目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的貢獻(xiàn) 量，根據(jù)分析結(jié)果工程師可以提出機(jī)械系統(tǒng)減振降噪的改進(jìn)措施。
[0004] 傳遞路徑分析方法主要包括兩個(gè)步驟：傳遞函數(shù)的測量和工況載荷的識(shí)別，其中： 工況載荷的識(shí)別精度是決定分析結(jié)果正確程度的主要因素。若已知懸置的動(dòng)剛度及元件兩 端的響應(yīng)，則工況力可以用下面公式求得：
[0005]
〔1〕
[0006] 其中：&為懸置動(dòng)剛度，aai和api分別為元件主動(dòng)端和被動(dòng)端的加速度響應(yīng)，《為 角頻率。由此式可知，計(jì)算工況力的關(guān)鍵是獲取懸置的動(dòng)剛度。
[0007] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前科學(xué)界和工業(yè)界對懸置動(dòng)剛度的識(shí)別主要 手段是動(dòng)剛度試驗(yàn)。試驗(yàn)中需要將被測試的懸置從整車上拆下來，并設(shè)計(jì)制作專用的夾具 將其安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。為了保證結(jié)果的精度，還需要對懸置在整車安裝狀態(tài)下所受到的靜 載荷進(jìn)行測試，將其作為試驗(yàn)預(yù)載荷加在懸置上。動(dòng)剛度試驗(yàn)方法的缺點(diǎn)是成本高、周期長 及無法獲取較高頻率下的動(dòng)剛度。因此，懸置動(dòng)剛度的識(shí)別是傳遞路徑分析方法中的一個(gè) 研宄熱點(diǎn)。
[0008] KarlJanssens等人在期刊《MechanicalSystemsandSignalProcessing》2011 年第25期中，基于傳統(tǒng)傳遞路徑分析方法，提出了參數(shù)化等效方法（OPAX)替代發(fā)動(dòng)機(jī)懸置 動(dòng)剛度試驗(yàn)，建立了懸置動(dòng)剛度多級帶寬估計(jì)模型，結(jié)合已測量的傳遞函數(shù)和工況響應(yīng)數(shù) 據(jù)，進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置動(dòng)剛度的有效估計(jì)。研宄結(jié)果表明，0PAX是一種精度較高、成本和周 期較低的懸置動(dòng)剛度估計(jì)方法，但其存在擬合參數(shù)過多的問題（Overparameterized)，在 估計(jì)參數(shù)較多或工況數(shù)據(jù)較少的情況下會(huì)導(dǎo)致較差的估計(jì)結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的懸 置動(dòng)剛度估計(jì)方法，基于模型估計(jì)不確定性指標(biāo)，通過循環(huán)迭代手段估計(jì)懸置動(dòng)剛度，克服 傳統(tǒng)擬合模型擬合參數(shù)過多的問題，提高動(dòng)剛度估計(jì)的精度和效率，并為精確分析機(jī)械系 統(tǒng)振動(dòng)和噪聲的傳遞路徑奠定基礎(chǔ)。
[0010] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0012] 步驟一、確定移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的參數(shù)，具體為：根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和 關(guān)注的振動(dòng)噪聲頻率范圍，確定系統(tǒng)性能分析目標(biāo)點(diǎn)、傳遞路徑個(gè)數(shù)、頻率范圍和信號(hào)階次 切片數(shù)，然后根據(jù)移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的經(jīng)驗(yàn)公式確定參考點(diǎn)的個(gè)數(shù)、頻率帶寬度和頻 率帶間隔。
[0013] 所述的移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型經(jīng)驗(yàn)公式如下所示：
[0014] 1. 3vceil(0. 5m)ceil(0.lbw) 2n(2)
[0015] 且bw=ceil(fr/6)，Af=ceil(0?lbw) (3)
[0016] 其中：n為傳遞路徑數(shù)，v為參考點(diǎn)的個(gè)數(shù)，m為發(fā)動(dòng)機(jī)階次數(shù)，bw為頻率帶寬，fr 為頻率范圍，Af為頻率帶間隔，ceil表示上限取整函數(shù)。
[0017] 步驟二、工況響應(yīng)和傳遞函數(shù)測量，具體為：在工況條件下，同時(shí)測量車身上所有 懸置兩端的加速度、目標(biāo)點(diǎn)和參考點(diǎn)響應(yīng)的信號(hào)，并進(jìn)行階次追蹤。在拆除發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)后的 車身系統(tǒng)上，測量從懸置安裝點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)和參考點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)。
[0018] 步驟三、建立懸置動(dòng)剛度移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型，具體為：根據(jù)步驟一中確定的移 動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的參數(shù)，建立多個(gè)傳統(tǒng)動(dòng)剛度多級帶寬估計(jì)模型，形成懸置動(dòng)剛度移 動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型。
[0019] 步驟四、懸置動(dòng)剛度估計(jì)值不確定性指標(biāo)值計(jì)算，具體為：結(jié)合懸置動(dòng)剛度已知信 息和步驟二中的工況響應(yīng)、傳遞函數(shù)，對移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型進(jìn)行求解，采用線性插值法 得到每個(gè)懸置動(dòng)剛度估計(jì)值，并計(jì)算懸置動(dòng)剛度估計(jì)值的不確定性指標(biāo)值。
[0020] 本發(fā)明中設(shè)定剛度估計(jì)值的不確定性與剛度估計(jì)值的精度是一致的，即估計(jì)值的 精度越高則不確定性越小。
[0021] 所述的懸置動(dòng)剛度已知信息是指懸置動(dòng)剛度在某些方向上是已知、小于不確定性 指標(biāo)閾值或者懸置動(dòng)剛度在一些方向上是相等的。
[0022] 步驟五、懸置動(dòng)剛度估計(jì)和估計(jì)精度計(jì)算，具體為：設(shè)定不確定性指標(biāo)閾值，根據(jù) 移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)所有的懸置動(dòng)剛度估計(jì)值的不確定性指標(biāo)值均小于 不確定性指標(biāo)閾值，則結(jié)束計(jì)算并輸出結(jié)果，否則通過循環(huán)迭代得到估計(jì)結(jié)果。
[0023] 所述的循環(huán)迭代是指：將不確定性指標(biāo)值小于閾值的動(dòng)剛度估計(jì)值的均值，作為 懸置動(dòng)剛度已知信息，并代入步驟三中的移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型，然后通過步驟四得到每 個(gè)懸置動(dòng)剛度估計(jì)值，并進(jìn)一步通過步驟五中的閾值進(jìn)行判斷；當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值且 并非所有的懸置動(dòng)剛度估計(jì)值的不確定性指標(biāo)值均小于設(shè)定閾值時(shí)，則以最后一次迭代結(jié) 果作為最后的估計(jì)結(jié)果輸出。
[0024] 所述的不確定性指標(biāo)值表征當(dāng)前循環(huán)下的動(dòng)剛度估計(jì)精度，數(shù)值越小則說明估計(jì) 精度越高。 技術(shù)效果
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：
[0026] 1)與現(xiàn)有懸置剛度估計(jì)方法相比，本發(fā)明基于移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型采用循環(huán)迭 代求解方法，避開了對懸置動(dòng)剛度的直接實(shí)驗(yàn)測量，同時(shí)減少了待求解參數(shù)的數(shù)目，解決了 擬合參數(shù)過多的問題，提高了懸置剛度估計(jì)的精度；本發(fā)明所提出的經(jīng)驗(yàn)公式可以幫助工 程師預(yù)先根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)和分析目的確定移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型的參數(shù)，降低了由于參數(shù)選 擇不當(dāng)而導(dǎo)致重新測試計(jì)算及過量測試的風(fēng)險(xiǎn)。
[0027] 2)本發(fā)明引入不確定性指標(biāo)，將確定的懸置動(dòng)剛度估計(jì)過程轉(zhuǎn)化為不確定的懸置 動(dòng)剛度估計(jì)過程，增加了求解方程組的穩(wěn)健性，改善了懸置動(dòng)剛度的求解條件，結(jié)合少量工 況數(shù)據(jù)就可以獲得較精確的懸置動(dòng)剛度，不僅提高了懸置動(dòng)剛度估計(jì)的效率，同時(shí)還定量 計(jì)算了懸置動(dòng)剛度在每個(gè)頻率點(diǎn)的估計(jì)精度；
[0028] 3)本發(fā)明的工程應(yīng)用性強(qiáng)。利用本發(fā)明計(jì)算出的懸置剛度，可以很方便計(jì)算懸置 安裝點(diǎn)的工況耦合力，大大提高了傳遞路徑分析方法在轎車NVH問題中的可操作性。雖然 本發(fā)明是針對發(fā)動(dòng)機(jī)懸置提出的，但本發(fā)明的理論成果具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景，稍加擴(kuò)展便 可應(yīng)用于其他機(jī)械連接點(diǎn)動(dòng)剛度的估計(jì)。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明方法示意圖。
[0030] 圖2為傳遞路徑分析示意圖。
[0031] 圖3為移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型。
[0032] 圖4為動(dòng)剛度計(jì)算過程示意圖。
[0033] 圖5為本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法對懸置動(dòng)剛度估計(jì)結(jié)果比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例1
[0035] 如圖1和圖4所示，本實(shí)施例包括如下步驟：
[0036] 步驟一、確定發(fā)動(dòng)機(jī)懸置移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)共有3個(gè)懸置： 左懸置、右懸置和后懸置，每個(gè)懸置只考慮平動(dòng)方向的動(dòng)剛度（X、Y、Z三個(gè)方向），因此共有 9條傳遞路徑的動(dòng)剛度，分析頻率范圍為10 -190Hz，采用10個(gè)階次切片數(shù)據(jù)。根據(jù)移動(dòng)多 級帶寬估計(jì)模型經(jīng)驗(yàn)公式可知：n = 9，m = 10，fr = 191Hz，bw = 32Hz，Af = 4Hz，當(dāng)參考 點(diǎn)數(shù)為1時(shí)即可滿足實(shí)施條件，即v = 1。
[0037] 建立傳遞路徑分析模型，如圖2所示。
[0038] 步驟二、測量工況響應(yīng)和傳遞函數(shù)：
[0039] 2. 1)在工況條件下，測量車身上：
[0040] i)所有懸置兩端的加速度aai(?)和api(?)，其中：i = 1，2，一9 ;
[0041] ii)目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)Y(?)和參考點(diǎn)響應(yīng)仏（《);
[0042]iii)轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)。
[0043] 2. 2)在拆除發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)后的車身系統(tǒng)上，測量：
[0044] i)從懸置安裝點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)：Hyi (?)，
[0045] ii)從懸置安裝點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)：Hn(?)，其中：i = 1，2，一9。
[0046] 步驟三、建立懸置動(dòng)剛度的移動(dòng)多級帶寬估計(jì)模型：根據(jù)步驟一中確定的頻帶寬 度將整個(gè)頻率范圍劃分為不重合的等寬頻帶，每個(gè)頻帶的寬度為bw，依次將頻帶向右移動(dòng) A f建立ceil (bw/ A f)個(gè)傳統(tǒng)多級帶寬估計(jì)模型，根據(jù)步驟一中的模型參數(shù)建立所有頻帶 的求解方程，即