一种车身振动传递路径分析方法
阅读说明：本技术 一种车身振动传递路径分析方法 (Analysis method for vibration transmission path of vehicle body ) 是由 王昆 王玉雷 李雪平 罗德洋 倪晓波 朱平 王增伟 于 2018-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种车身振动传递路径分析方法。所述方法包括：建立传递路径分析模型；在怠速工况下测量工况响应和传递函数；根据测得的工况响应和传递函数,基于结构动力学修改重分析技术预测悬置结构虚拟改变后的工况响应；根据得到的悬置结构虚拟改变后的工况响应,计算悬置结构改变前的悬置刚度；根据悬置刚度计算怠速工况下悬置截面耦合力,进而计算传递路径贡献度。本发明基于结构动力学修改重分析技术预测局部结构虚拟修改后的系统响应,避开了对车身频响函数和悬置动刚度的直接实验测量,提高了传递路径分析的效率,为车身振动传递路径分析奠定了基础。(The invention discloses a method for analyzing a vibration transmission path of a vehicle body. The method comprises the following steps: establishing a transmission path analysis model; measuring working condition response and a transfer function under an idling working condition; predicting the working condition response of the suspension structure after virtual change based on a structural dynamics modification re-analysis technology according to the measured working condition response and the transfer function; calculating the suspension stiffness of the suspension structure before changing according to the obtained working condition response of the suspension structure after virtual change; and calculating the coupling force of the suspension section under the idle working condition according to the suspension rigidity, and further calculating the contribution degree of the transmission path. The method predicts the system response after the virtual modification of the local structure based on the structural dynamics modification re-analysis technology, avoids direct experimental measurement of the frequency response function and the suspension dynamic stiffness of the vehicle body, improves the analysis efficiency of the transmission path, and lays a foundation for the analysis of the vibration transmission path of the vehicle body.)
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种基于结构动力学重分析技术的车身振动传递路径分析方法。
背景技术
自“源—路径—接受体”模型提出以后，传递路径分析(TPA)作为分析和处理汽车振动与噪声问题的方法得到了很大的发展。传统TPA作为最早提出的TPA，具有精度高、方法成熟的优点，但由于需要对主动部件解耦，费时费力。后续发展的TPA虽然可以缩短实验时间，但是需要以牺牲精度为代价，且基于逆子结构法的TPA难以改善车身的振动传递路径分析过程。
国外Gert De Sitter等人提出的基于传统传递路径分析方法，通过在工况运行下施加人工激励计算被动部件频响函数，识别连接点动刚度，结合已测量工况响应数据，可进行工况力的有效识别，确定传递路径贡献度。该方法可以通过耦合频响函数识别非耦合频响函数，避免拆分系统，但其需要在工况运行时施加人工激励，导致实施过程复杂且困难，效率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于结构动力学修改重分析技术的车身振动传递路径分析方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种车身振动传递路径分析方法，包括：
步骤1，以发动机为源，以悬置为路径，以车身为接受体，建立传递路径分析模型，所述悬置包括左悬置、右悬置和后悬置，每个悬置包括一个发动机侧安装点即主动端和一个车身侧安装点即被动端；
步骤2，在怠速工况下测量工况响应和传递函数，工况响应包括每个悬置两端以及车身目标点的加速度，传递函数包括从悬置一端到另一端、从悬置一端到车身目标点、从车身目标点到悬置一端的激励力-加速度传递函数；
步骤3，根据步骤2测得的工况响应和传递函数，基于结构动力学修改重分析技术预测变悬置结构虚拟改后的工况响应；
步骤4，根据步骤3得到的悬置结构虚拟改变后的工况响应，计算悬置结构改变前的悬置刚度；
步骤5，根据悬置刚度计算怠速工况下悬置截面耦合力，进而计算传递路径贡献度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过建立传递路径分析模型，在怠速工况下测量工况响应和传递函数，根据测得的工况响应和传递函数，基于结构动力学修改重分析技术预测悬置结构虚拟改变后的工况响应，根据得到的悬置结构虚拟改变后的工况响应，计算悬置结构改变前的悬置刚度，根据悬置刚度计算怠速工况下悬置截面耦合力，进而计算传递路径贡献度，实现了基于结构动力学重分析技术的车身振动传递路径分析。本发明基于结构动力学修改重分析技术预测局部结构虚拟修改后的系统响应，避开了对车身频响函数和悬置动刚度的直接实验测量，提高了传递路径分析的效率，为车身振动传递路径分析奠定了基础。
附图说明
图1为本发明实施例一种车身振动传递路径分析方法的流程图；
图2为应用本发明所述方法得到的左悬置被动端X方向到座椅安装点的频率域传递函数曲线和试验结果对比图，实线为试验结果，点实线为采用本发明所述方法得到的结果，横坐标为频率值，纵坐标为传递函数幅值取对数并乘20后的值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种车身振动传递路径的流程图如图1所示，所述方法包括：
S101、以发动机为源，以悬置为路径，以车身为接受体，建立传递路径分析模型，所述悬置包括左悬置、右悬置和后悬置，每个悬置包括一个发动机侧安装点即主动端和一个车身侧安装点即被动端；
本步骤用于建立“源-路径-接受体”模型，即传递路径分析模型。本实施例以发动机为源，以悬置为路径，以车身为接受体，建立传递路径分析模型。本实施例的悬置包括左悬置、右悬置和后悬置。每个悬置包含两个安装点：发动机侧安装点和车身侧安装点。发动机侧安装点一般称为主动端，车身侧安装点一般称为被动端。值得说明的是，本实施例虽然限定为三悬置系统，但本实施例所述方法只需稍加修改同样适用其它悬置系统，如四悬置系统。
S102、在怠速工况下测量工况响应和传递函数，工况响应包括每个悬置两端以及车身目标点的加速度，传递函数包括从悬置一端到另一端、从悬置一端到车身目标点、从车身目标点到悬置一端的激励力-加速度传递函数；
本步骤用于测量工况响应和传递函数。所述工况是指怠速工况；响应是指加速度响应，具体包括每个悬置(左、右、后)两端(主动端和被动端)以及车身目标点(如座椅安装点)的加速度；传递函数是指从输入激励力到输出加速度的传递函数，具体包括从悬置一端到另一端、从悬置一端到车身目标点、从车身目标点到悬置一端的激励力-加速度传递函数。值得说明的是，这里的传递函数是指频率域传递函数，通过对时域传递函数求快速傅立叶变换可得到频率域传递函数。
S103、根据S102测得的工况响应和传递函数，基于结构动力学修改重分析技术预测悬置结构虚拟改变后的工况响应；
本步骤用于利用结构动力学修改重分析技术，预测悬置结构虚拟改变后的工况响应。所述虚拟改变是指不是真的去改变悬置结构，而是假设对悬置结构进行一些小的变动，求解悬置结构变动后的工况响应。结构动力学修改重分析技术出现于上世纪80年代早期，是以结构振动特征值问题的高效重分析方法和结构修改重设计技术的理论及应用研究为主要内容的一个结构动力学分支。目前，结构动力学修改重分析技术已是比较成熟的现有技术。
S104、根据S103得到的悬置结构虚拟改变后的工况响应，计算悬置结构改变前的悬置刚度；
本步骤用于根据悬置结构虚拟改变后的预测的工况响应，计算悬置结构改变前的悬置刚度。一般是通过将预测的工况响应组成传递路径分析估计方程，并求解所述方程得到悬置结构改变前的悬置刚度。
S105、根据悬置刚度计算怠速工况下悬置截面耦合力，进而计算传递路径贡献度。
本步骤用于计算传递路径贡献度。在结构动力学修改技术中，目标点位置的响应被认为是不同传递路径贡献度的线性和；每个传递路径贡献度是该路径的耦合力与传递函数的乘积。因此，可以先根据S104得到的悬置刚度计算悬置截面耦合力，再用耦合力与传递函数相乘得到传递路径贡献度。
作为一种可选实施例，所述S102具体包括：
通过在悬置两端和车身目标点设置加速度传感器测量工况响应；
通过在悬置两端的局部坐标系三个方向分别施加单位力，测量车身目标点的加速度，得到悬置两端到车身目标点的传递函数。
本实施例给出了测量工况响应和传递函数的一种技术方案。通过设置加速度传感器测量工况响应；通过在输入端施加单位激励力，在输出端设置加速度传感器测量加速度响应，得到传递函数。本实施例通过在输入端施加单位激励力，可以省去用输出端加速度响应除以输入端激励力的计算，简化了传递函数的计算过程。
作为一种可选实施例，所述S103具体包括：
根据S102测得的工况响应和传递函数，按照公式(1)～(5)预测悬置被动端沿9个自由度与地弹性连接时的工况响应
公式(1)中，Xit为第i个自由度工况响应矩阵，Hit为第i个自由度传递函数矩阵，ΔZit为被动端接地或主动端第i个自由度接地时由弹性连接动刚度组成的矩阵，
本实施例给出一种基于结构动力学修改重分析技术预测悬置结构虚拟改变后的工况响应的技术方案。在本实施例中，悬置结构的虚拟改变包括两种情况：一种是悬置被动端与地弹性连接；一种是悬置主动端与地弹性连接。悬置的一端连接地相当于在该端施加一个外力，该力的大小与连接动刚度Kig和加速度响应成正比(Kig可取1000牛/米)。参考文献(A.Inoue、R.Singh和G.A.Fernandes于2008年在《振动工程学报》上发表的“离散系统中绝对路径和相对路径的两种分析方法”)给出了悬置结构改变后的响应预测公式，如下所示：
与本实施例不同的是，上式中的响应是位移，本实施例的响应是加速度；上式中的传递函数是位移/力，本实施例的传递函数是加速度/力。位移的稳态响应乘以角频率的平方等于加速度的稳态响应，据此对上式进行变换便可得到适用本实施例的预测公式，即公式(1)。根据公式(1)～(5)即可得到悬置结构虚拟改变后的工况响应。
作为上一实施例的一种可选实施例，所述S104具体包括：根据公式(6)计算HdKc和Hd,pit：
公式(6)中，
求出所有的Hd,pit，并将Hd,pit组装成Hd，根据HdKc和Hd求拆除发动机后悬置动刚度矩阵Kc。
本实施例给出了基于上一实施例得到的悬置结构虚拟改变后的工况响应，求解结构改变前的刚度矩阵的一种技术方案。求解方法是将上一实施例预测的工况响应组成传递路径分析估计方程，可表示如下：
将上式变换后即得到公式(6)。公式(6)中的“+”表示求虚逆矩阵，所述虚逆矩阵是指逆矩阵不存在，通过进行奇异值矩阵分解代替逆矩阵。
根据公式(6)可得到HdKc和Hd,pit，求出所有的Hd,pit并将其组装成Hd。有了HdKc和Hd，便可求出Kc。
作为上一实施例的一种可选实施例，所述S105具体包括：
按照公式(7)计算悬置截面耦合力：
公式(7)中，Fc为悬置截面耦合力矩阵；
按照公式(8)计算传递路径贡献度，即悬置截面耦合力对车身目标点加速度的贡献成分：
公式(8)中，P表示传递路径贡献度矩阵。
本实施例给出了基于上一实施例计算传递路径贡献度的一种技术方案。首先根据公式(7)计算悬置截面耦合力，然后根据公式(8)计算传递路径贡献度。耦合力等于刚度与位移稳态响应的积，位移稳态响应等于加速度稳态响应除以角频率的平方，由此可得到公式(7)；传递路径贡献度等于所述路径的耦合力与传递函数的乘积，据此可得到公式(8)。
为了验证本发明所述方法的可行性，进行了试验验证：拆掉某型轿车发动机，进行频率域传递函数测试。应用本发明所述方法的计算结果和试验测试结果的对比曲线如图2所示，图2是左悬置被动端X方向到座椅安装点(车身目标点)的频率域传递函数曲线。由图可知，本发明所述方法得到结果与实际测量值基本吻合，表明了本发明所述方法的可行性。由于本发明所述方法不需要实际改变结构，可以提高车身传递路径分析效率，降低车身传递路径分析方法的应用难度。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。