CN106599358A - 一种汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,包括步骤:利用仿真软件建立汽车悬架多体动力学分析模型;在虚拟实验台中设置输入输出通道并进行振动仿真;获取***速度导纳;计算输入至车身力与速度的响应;计算得到通过各路径输入至车身的功率流;对计算得到的各路径在研究频率范围内的总功率流值进行列表排序,从而分析各条路径对于悬架***振动响应的影响程度。本发明以功率流作为统一的量值来描述悬架***振动传递过程,功率流以标量的形式来表征振动响应,不同传递路径之间不再受到方向和单位的限制;通过功率流给出振动传递的绝对量值,可以通过降低***所关注连接界面的功率流来达到减振的目的。
Description
技术领域
本发明涉及汽车振动与噪声问题的解决方法,具体讲是将汽车悬架***进行振动路径传递与贡献量进行识别、排序并找出主要传递路径的方法。
背景技术
随着汽车的乘坐舒适性得到人们的重视,使得以噪声、振动和声振粗糙度为代表的NVH性能成为汽车竞争力的重要指标之一。悬架的隔振性能对整车NVH性能的影响很大。来自路面的各种振动激励通过悬架衬套(橡胶衬套或者液压衬套)、减振器上端支撑(TopMount,橡胶或者液压型式的Top Mount)等橡胶减振元件(或)传入汽车的车身,如何设计悬架衬套、Top Mount的刚度与阻力特性,是悬架设计的重要工作之一。
当悬架***受到来自路面激励时,振动经多个衬套沿不同方向传递到车身结构,形成多路径传递。每一条传递路径对于车身结构的振动响应的贡献均不同。由不同传递路径的贡献量,可以判断出各传递路径对车身振动响应的贡献。为了识别对振动响应影响较大的传递路径,必须对多传递路径振动***进行分析。分析激励源结构、传递路径以及接受结构中可能对振动能量传递产生影响的潜在因素,为振动能量传递控制提供必要的基础。
对于线性时不变***而言,某点的结构振动响应是多个激励源共同作用的结果,且等于单一激励源单独作用时结构响应的叠加。在车辆振动***中,传统传递路径分析方法通常以广义力或广义加速度作为变量,但由于方向和单位的不同,不同路径的力响应和加速度响应并不能直接叠加。从***振动的本质上来看,振动***实质上是振动能量以振动的形式在不同的结构或介质之间进行传递,因此以振动能量作为研究变量的方法可以更好地反映***的振动的传递本质,且由于能量为标量,解决了各传递路径方向与单位不同导致的局限性问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,该方法能够分析汽车悬架在不同的路面激励工况下通过各个路径传递至车身的振动情况,识别出主要的振动传递路径,给汽车悬架减振降噪提供了指导。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,包括以下步骤:
步骤1,建立汽车悬架传递路径分析模型,使用多体动力学分析软件ADAMS建立汽车悬架***的多体动力学模型,定义模型中的主要激励源为施加在车轮轮心的六个方向的激励力,悬架***的响应目标点包括车身与悬架控制臂衬套连接点处和车身与减振器上端支撑连接点处,传递路径具体包括由轮心沿悬架控制臂所有衬套的六个方向至对应响应目标点、由轮心沿悬架减振器上端支撑六个方向至对应响应目标点;
步骤2,设置输入输出通道,在ADAMS/Vibration模块中的Input Channel设置激励力的方向和大小,具体选择为单位力扫频,方向为垂直路面向上;在Output Channel中设置输出量为各目标点处的六个方向的广义力和广义速度,在Perform Vibration Analysis中选取设置好的输入与输出通道,设定分析频率和步长后开始仿真分析;
步骤3,获取***速度导纳,对于有p个衬套和q个减振器上端支撑的悬架***来说,其振动传递路径共有N=3×(p+q)条传递路径,在PostProcessor获取目标点处的各方向上的速度响应Vi,就可以得到每条路径下由轮心至各目标点处的速度导纳同理,重复该步骤可以获取***任意两点间的传递导纳该步骤所得的结果亦可通过实验获取;
步骤4,计算输入至车身力与速度的响应,根据公式
Vc,1=Hc,11Fc,1 (3)
[Fs,2Fb,2Vs,2Vb,2]T=[-Fb,1-Fc,1Vb,1Vc,1]T (4)
可计算得到在给定轮心激励Fs,1、Vs,1分别为悬架结构输入端力与速度的响应,Fs,1下输入至车身端力与速度的响应Fc,1、Vc,1,
式中:
Fs,2、Vs,2分别为悬架结构输出端力与速度的响应,
Fb,1、Vb,1分别为衬套输入端力与速度的响应,
Fb,2、Vb,2分别为衬套输出端力与速度的响应,
Hc,11为车身的速度点导纳,
Hm,ij(m=s,b;i,j=1,2)为悬架结构和衬套输入与输出端之间的传递导纳;
步骤5,根据公式计算得到通过各路径输入至车身的功率流,对于在指定的研究频率范围内,根据公式计算得到整个研究频率范围内通过各路径传递至车身的总功率流;对于有N条传递路径的悬架***,则根据计算得到通过所有路径在研究频率范围内传递至车身的总功率流之和;
步骤6,对计算得到的各路径在研究频率范围内的总功率流值进行列表排序,并将其作为车身接受总功率流的贡献量,根据贡献量大小的不同,即可分析出各条路径对于悬架***振动响应的影响程度。
进一步地,所述步骤1中所建立的模型的参数和造型来自实际的车辆悬架,并且考虑了车身的弹性,为刚柔耦合建模过程。
进一步地,所述步骤3的导纳的获取通过解析法、实验法或仿真分析法进行,所述解析法需要通过建立***的多体动力学方程组来实现;所述实验法则需要利用工况响应测试装置测量轮心处的力和目标点处的速度响应。
进一步地,步骤4中所述计算输入至车身力与速度的响应的步骤,其回归了振动的本质,从能量的角度出发,通过运用传递功率的大小来表征振动传递的情况;由于各个传递路径的相互耦合作用,其传递导纳可正可负,因此悬架***各部分之间的传递功率亦为可正可负。
进一步地,所述步骤5中各传递路径贡献量是根据传递至车身总功率流的大小和数值来进行判断的,若经某条路径传递至车身的总功率流值为正,说明振动能量从衬套正向流入车身;反之则是从车身向衬套反向流动。
进一步地,车身接受的总功率流是某一瞬时各条路径传递的功率流的代数和。
进一步地,所述步骤6中进行列表排序时采用不同路径的振动传递贡献量通过一个统一的标准来判别,忽略数值较小或为负数的部分传递路径,取其数值较大的作为主要传递路径,为悬架***噪声与振动控制提供指导。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
1)以功率流作为统一的量值来描述悬架***振动传递过程,分析能量传递路径,可操作性强,快捷简便;
2)功率包含了力和速度以及它们之间相位差的信息,以标量的形式来表征振动响应,不同传递路径之间不再受到方向和单位的限制;
3)通过功率流给出振动传递的绝对量值,可以通过降低***所关注连接界面的功率流来达到减振的目的。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明中悬架***多体动力学模型(ADAMS/View建模)。
图3是本发明中速度导纳曲线图。
图4是本发明中总功率流曲线图。
图5是悬架结构、衬套及车身结构之间的输入与输出端及速度的响应示意图。
具体实施方式
以下结合附图与某一麦弗逊悬架的实例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,一种汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,该方法由振动的本质出发,基于振动功率流分析,以能量的角度分析了汽车悬架***的振动传递特性,包括以下步骤:
步骤1,建立汽车悬架传递路径分析模型,使用多体动力学分析软件ADAMS建立汽车麦弗逊悬架***的多体动力学模型(见图2),下控制臂点与车身通过衬套B1、B2连接,减振器与悬架弹簧上端点通过Top Mount(以下用TM表示)与车身相连接。控制臂外端通过球铰与转向节连接,转向节与转向横拉杆以球铰连接。减振器下段与转向节通过一个衬套或者转动铰连接,这里假定为刚性的转动铰。在该悬架***中,除了橡胶衬套、TM和车身外,其它部件可视作刚体。定义模型中的主要激励源为施加在车轮轮心的六个方向的激励力。***的响应目标点有多个,具体包括车身与悬架控制臂衬套连接点处和车身与减振器上端支撑连接点处。传递路径具体包括:由轮心沿悬架控制臂所有衬套的六个方向至对应响应目标点、由轮心沿悬架减振器上端支撑六个方向至对应响应目标点。
步骤2,设置输入输出通道,在ADAMS/Vibration模块中的Input Channel设置激励力的方向和大小,具体选择为单位力扫频,方向为垂直路面向上;在Output Channel中设置输出量为各目标点处的六个方向的广义力和广义速度;在Perform Vibration Analysis中选取设置好的输入与输出通道,设定分析频率和步长后开始仿真分析。
步骤3,获取***速度导纳(见图3),对于有2个衬套和1个减振器上端支撑的悬架***来说,其振动传递路径共有N=3×(2+1)=18条传递路径,在PostProcessor获取目标点处的各方向上的速度响应Vi,就可以得到每条路径下由轮心至各目标点处的速度导纳同理,重复该步骤可以获取***任意两点间的传递导纳
步骤4,计算输入至车身力与速度的响应(见图5),根据公式
Vc,1=Hc,11Fc,1 (3)
[Fs,2Fb,2Vs,2Vb,2]T=[-Fb,1-Fc,1Vb,1Vc,1]T (4)
可计算得到在给定轮心激励Fs,1下输入至车身端力与速度的响应Fc,1、Vc,1。
式中:
Fs,1、Vs,1分别为悬架结构输入端力与速度的响应,
Fs,2、Vs,2分别为悬架结构输出端力与速度的响应,
Fb,1、Vb,1分别为衬套输入端力与速度的响应,
Fb,2、Vb,2分别为衬套输出端力与速度的响应,
Hc,11为车身的速度点导纳,
Hm,ij(m=s,b;i,j=1,2)为悬架结构和衬套输入与输出端之间的传递导纳,回归了振动的本质,从能量的角度出发,通过运用传递功率的大小来表征振动传递的情况;由于各个传递路径的相互耦合作用,其传递导纳可正可负,因此悬架***各部分之间的传递功率亦为可正可负。
步骤5,根据公式计算得到通过各路径输入至车身的功率流,对于在指定的研究频率范围内,可以根据公式计算得到整个研究频率范围内通过各路径传递至车身的总功率流;对于有18条传递路径的麦弗逊悬架***,可以根据计算得到通过所有路径在研究频率范围内传递至车身的总功率流之和(见图4),各传递路径贡献量是根据传递至车身总功率流的大小和数值来进行判断的,若经某条路径传递至车身的总功率流值为正,说明振动能量从衬套正向流入车身;反之则是从车身向衬套反向流动。
步骤6,对计算得到的各路径在研究频率范围内的总功率流值进行列表排序(如表1所示),并将其作为车身接受总功率流的贡献量。根据贡献量大小的不同,可以分析各条路径对于悬架***振动响应的影响程度。进行列表排序时采用不同路径的振动传递贡献量通过一个统一的标准来判别,忽略数值较小或为负数的部分传递路径,取其数值较大的作为主要传递路径,为悬架***噪声与振动控制提供指导。
表1来自不同衬套与方向传递到车身结构的功率流(W)
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1,建立汽车悬架传递路径分析模型,使用多体动力学分析软件ADAMS建立汽车悬架***的多体动力学模型,定义模型中的主要激励源为施加在车轮轮心的六个方向的激励力,悬架***的响应目标点包括车身与悬架控制臂衬套连接点处和车身与减振器上端支撑连接点处,传递路径具体包括由轮心沿悬架控制臂所有衬套的六个方向至对应响应目标点、由轮心沿悬架减振器上端支撑六个方向至对应响应目标点;
步骤2,设置输入输出通道,在ADAMS/Vibration模块中的Input Channel设置激励力的方向和大小,具体选择为单位力扫频,方向为垂直路面向上;在Output Channel中设置输出量为各目标点处的六个方向的广义力和广义速度,在Perform Vibration Analysis中选取设置好的输入与输出通道,设定分析频率和步长后开始仿真分析;
步骤3,获取***速度导纳,对于有p个衬套和q个减振器上端支撑的悬架***来说,其振动传递路径共有N=3×(p+q)条传递路径,在PostProcessor获取目标点处的各方向上的速度响应Vi,就可以得到每条路径下由轮心至各目标点处的速度导纳同理,重复该步骤可以获取***任意两点间的传递导纳该步骤所得的结果亦可通过实验获取;
步骤4,计算输入至车身力与速度的响应,根据公式
Vc,1=Hc,11Fc,1 (3)
[Fs,2 Fb,2 Vs,2 Vb,2]T=[-Fb,1 -Fc,1 Vb,1 Vc,1]T (4)
可计算得到在给定轮心激励Fs,1、Vs,1分别为悬架结构输入端力与速度的响应,Fs,1下输入至车身端力与速度的响应Fc,1、Vc,1,
式中:
Fs,2、Vs,2分别为悬架结构输出端力与速度的响应,
Fb,1、Vb,1分别为衬套输入端力与速度的响应,
Fb,2、Vb,2分别为衬套输出端力与速度的响应,
Hc,11为车身的速度点导纳,
Hm,ij(m=s,b;i,j=1,2)为悬架结构和衬套输入与输出端间的传递导纳;
步骤5,根据公式计算得到通过各路径输入至车身的功率流,对于在指定的研究频率范围内,根据公式Pc,i=∫ΔωPc,i(ω)dω计算得到整个研究频率范围内通过各路径传递至车身的总功率流;对于有N条传递路径的悬架***,则根据计算得到通过所有路径在研究频率范围内传递至车身的总功率流之和;
步骤6,对计算得到的各路径在研究频率范围内的总功率流值进行列表排序,并将其作为车身接受总功率流的贡献量,根据贡献量大小的不同,即可分析出各条路径对于悬架***振动响应的影响程度。
2.根据权利要求1所述的汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:所述步骤1中所建立的模型的参数和造型来自实际的车辆悬架,并且考虑了车身的弹性,为刚柔耦合建模过程。
3.根据权利要求1所述的汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:所述步骤3的导纳的获取通过解析法、实验法或仿真分析法进行,所述解析法需要通过建立***的多体动力学方程组来实现;所述实验法则需要利用工况响应测试装置测量轮心处的力和目标点处的速度响应。
4.根据权利要求1所述的汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:步骤4中所述计算输入至车身力与速度的响应的步骤,其回归了振动的本质,从能量的角度出发,通过运用传递功率的大小来表征振动传递的情况;由于各个传递路径的相互耦合作用,其传递导纳可正可负,因此悬架***各部分之间的传递功率亦为可正可负。
5.根据权利要求1所述的汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:所述步骤5中各传递路径贡献量是根据传递至车身总功率流的大小和数值来进行判断的,若经某条路径传递至车身的总功率流值为正,说明振动能量从衬套正向流入车身;反之则是从车身向衬套反向流动。
6.根据权利要求1所述的汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:车身接受的总功率流是某一瞬时各条路径传递的功率流的代数和。
7.根据权利要求1所述的汽车悬架振动传递路径与贡献量识别方法,其特征在于:所述步骤6中进行列表排序时采用不同路径的振动传递贡献量通过一个统一的标准来判别,忽略数值较小或为负数的部分传递路径,取其数值较大的作为主要传递路径,为悬架***噪声与振动控制提供指导。
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