重型卡車駕駛室懸置動態載荷的識別分析

支保京，鄧超，邵林

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

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重型卡車駕駛室懸置動態載荷的識別分析

支保京，鄧超，邵林

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

摘 要：在車輛NVH性能的仿真分析中，準確獲取實際車輛運行中的車身懸置上端動態載荷力是十分關鍵的，該動態載荷力的精確性將直接影響NVH計算分析結果。在文章中介紹了利用動剛度法和逆矩陣法得到怠速工況下傳遞到車身的力，并將兩種計算得到的載荷進行相互校核，確保結果的準確性。

關鍵詞：NVH；載荷力識別；重型卡車；動剛度法；逆矩陣法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.022

引言

在關系到車輛NVH性能的仿真分析中，獲取減振元件車體側接附點在實際車輛運行中的載荷力是十分關鍵的，作為模型輸入的該動態載荷力的精確性將直接影響計算分析結果。如將車身與懸置系統看做是振動系統，并在懸置被動端作線性化假設，則所述的載荷力是系統的輸入，它經過系統的傳遞達到車輛內部，引起相應的振動噪聲響應。另外，來自某一振源的結構振動作為能量傳入車內，如果事先確定了分析截面，則經過該截面的各傳遞路徑將對作為目標的車內振動和噪聲產生不同的貢獻量，如需進行貢獻量分析，也需要得到位于分析截面上的動態載荷力，包括各載荷力的幅值和相對相位關系。

在本文中基于測量得到的完備車身傳遞函數和怠速響應結果，利用逆矩陣方法計算得到怠速工況下傳遞到車身的力。并將兩種方法（動剛度法和逆矩陣法）計算得到的動態載荷進行相互校核，以確保結果的準確性。

1、動態載荷力識別方法

對于結構噪聲來說，運行工況下載荷的獲取有三種途徑：（1）直接法，使用力傳感器直接安裝在路徑中；（2）懸置動剛度法；（3）FRF(Frequency Response Function）矩陣求逆法；這三種測試第一種方法最為精準，但相應的力傳感器的無法在實際測試中安裝，所以目前各個主機廠使用此種方法的很少?；旧隙际遣扇〉诙N和第三種方法來得到運行工況下各個路徑上的力。

動剛度法在指已知彈性元件的動剛度，然后利用彈性元件的動剛度與彈性元件的位移相乘即得到了運行工況下的力?？梢员硎緸椋?/p>

其中Ki為結構噪聲傳遞路徑中彈性元件的動剛度，aai為彈性元件耦合點主動側的運行工況下加速度，api為彈性元件耦合點被動側的運行工況下加速度，如下圖所示。

圖1 動剛度法測運行工況下的載荷示意圖

FRF(Frequency Response Function）矩陣求逆法測力，是目前比較常用的一種方法。其原理是利用測試得到的路徑上的FRF矩陣求逆后，得到路徑的動剛度。路徑的動剛度乘以相應的加速度即得到是路徑上的運行工況的力?？梢员硎緸椋?/p>

其中 Fn( ω )為運行工況下的力；Hn1( ω )為路徑上的各個指示點的FRF；an( ω )為路徑上運行工況下的加速度，具體測試方法如下圖所示：

圖2 逆矩陣法測試運行工況下的力

此種方法需要大量的指示點，用以建立準確的FRF矩陣以求得準確的動剛度。使用逆矩陣方法，計算載荷需要的輸入包括：傳遞函數逆矩陣和工況下各測量點的加速度響應。

逆矩陣方法的優缺點：1. 比動剛度法使用情況廣泛，可用于測量路面載荷和發動機載荷；2. 可識別各個方向的力，建立完整的載荷傳遞路徑；3.此種方法需要大量的指示點，用以建立準確的FRF矩陣以求得準確的動剛度。測量工作量較大。

在本文中首先測量了完備車身的傳遞函數矩陣，然后測量了發動機怠速工況下各個目標點和參考點的響應，最后基于逆矩陣方法識別了怠速工況下傳遞到整備車身的三向載荷；其次，測量了駕駛室各個懸置的動剛度曲線，然后測量了發動機怠速工況下懸置主動端和被動端的加速度響應，最后基于動剛度方法識別了怠速工況下傳遞到整備車身的垂向載荷；最后，將兩種方法（動剛度法和逆矩陣法）計算得到的動態載荷進行相互校核，以確保結果的準確性。

2、動剛度法的動態載荷識別

2.1 駕駛室懸置動剛度測量

試驗臺架選用液壓助動試驗臺架，由于懸置的動剛度隨批次有一定的變化，為了保證測試結果的真實可用性，測試的懸置即為后續安裝在整車上的懸置。

圖3 測試使用的液壓助動試驗臺架

駕駛室懸置的剛度特性跟懸置的預壓縮量，充氣程度以動態載荷大小均有一定的關系。為了保證測量得到的懸置特性跟實車狀態一致，測試條件作了如下規定：1.在測試過程中，各個懸置的充氣壓力跟實車充氣壓力一致；2.在測量過程中，每個懸置均受車身傳遞的壓縮預載；3. 使用了兩種加載方案來測量懸置的剛度曲線。方案一是在各個頻段范圍內均使用0.2mm的動態加載位移；方案二是在1～40Hz內使用1mm的動態位移加載，40～80Hz使用0.5mm的動態位移加載，80～200Hz使用0.2mm的動態位移加載。兩種方案識別的懸置剛度曲線將用來進行相互校驗。

圖4 各懸置動剛度曲線

兩種測量數據的比較證明了測試數據的可靠性。由于在怠速工況下，測量得到的左前懸置兩端的位移差均小于0.2mm，因此在后續計算中，使用的懸置剛度均為在0.2mm加載條件下測量的結果。

2.2 發動機怠速懸置端響應測量結果

車輛狀態為：完備車身+車架+駕駛室懸置+動力總成系統。其中完備車身是與CAE模型做過相關性分析的車身；駕駛室懸置為測量了動剛度的懸置；以盡量保證各次測量狀態的一致性。

測量工況為熱怠速，每個懸置在盡可能靠近主動端和被動端的位置各布置一個點。由于兩種載荷識別方法需要的工況試驗我們壓縮到了一次完成，因此測量通道還包括懸置主動端/被動端點的縱向和橫向，以及地板上的一些響應點和參考點。

圖5 各個懸置主被動端加速度曲線

各個測點的加速度頻譜如下圖所示，其中綠線為主動端的數據，紅線為被動端的數據。明顯可見加速度峰值在怠速的3階和6階對應頻率。

2.3 基于動剛度法識別的動載荷

通過測量得到的懸置動剛度和怠速工況加速度結果，使用動剛度方法計算得到在怠速工況下通過懸置的垂向載荷。

圖6 各個懸置動載荷曲線

使用的軟件工具為LMS Test.Lab，模型輸入為駕駛室懸置動剛度曲線和怠速工況駕駛室懸置主動端和被動端加速度。模型輸出為通過各駕駛室懸置的頻域力。

3、逆矩陣法的動態載荷識別

3.1 完備車身傳遞函數測量

測量的傳遞函數矩陣需要滿足如下要求：1.能夠建立完整的傳遞路徑；2. 數據有足夠的冗余度，保證矩陣求逆的精度。

基于上面的要求，設計傳遞函數矩陣如下：1.驅動點：每個駕駛室懸置被動端的附近選擇一個驅動點，每個驅動點三個方向，共12個自由度；2.響應點：每個驅動點同時均為響應點，同時每個驅動點的附近選擇一個點（3個方向）作為響應點，在地板上選擇 4個點也作為響應點。響應點共36個自由度。

最后測量得到傳函矩陣狀態如下，響應點的自由度是傳遞路徑數目的三倍，有足夠的冗余數據可以保證矩陣求逆的精度。

圖7 測量的傳遞函數矩陣

傳遞函數矩陣測量中，激勵共12個自由度，代表12條載荷傳遞路徑。響應共36個自由度。得到的傳遞函數曲線為12*36，共432條。

圖8 典型的傳遞函數曲線形態

3.2 基于逆矩陣法識別的動載荷

通過測量得到的傳遞函數矩陣和怠速工況加速度結果，使用逆矩陣方法計算得到在怠速工況下通過各懸置的三向載荷。使用的軟件工具為LMS Test.Lab，模型輸入為傳遞函數矩陣和怠速工況各響應點的加速度。模型輸出為通過各駕駛室懸置的力的頻譜，共12條載荷曲線。

圖9 各個懸置動載荷曲線

4、兩種方法得到的載荷校核

對使用動剛度方法和逆矩陣法求得的載荷，進行相互校核，確認所識別載荷的準確性。

圖10 左前懸置垂向載荷識別結果比較（實線為逆矩陣法，虛線為動剛度法）

圖11 左后懸置垂向載荷識別結果比較（實線為逆矩陣法，虛線為動剛度法）

圖12 右前懸置垂向載荷識別結果比較（實線為逆矩陣法，虛線為動剛度法）

圖13 右后懸置垂向載荷識別結果比較（實線為逆矩陣法，虛線為動剛度法）

對不同方法識別的載荷進行對比如上。由于動剛度方法只能識別垂向的載荷，只對垂向的載荷進行了比較。

由上面四幅圖的比較可見，使用動剛度法和傳遞函數方法得到的載荷在10～80Hz的頻率范圍內，趨勢一致，幅值接近（載荷的RMS值比較可見下表），顯示了良好的吻合程度，證明了兩種方法均可以準確識別怠速工況下傳遞到車身的載荷。

5、結論

（1）使用逆矩陣方法間接測量了各駕駛室懸置傳遞給駕駛室的三向載荷。測量結果和計算結果質量良好。

（2）通過相干性分析和信號檢查方法，排除了傳遞函數測量和工況響應測量的異常數據。

（3）對兩種方法識別的懸置載荷進行了對比，兩種方法得到的載荷曲線形態吻合良好，幅值接近，最大誤差小于1.5dB。顯示了兩種方法均能準備地識別懸置載荷。

參考文獻

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The dynamic load identification and analysis of heavy truck cabin suspension

Zhi BaoJing, Deng Chao, Shao Lin
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd Automotive engineering research institute, Shaanxi Xi’an 710200）

Abstract:NVH in relation to the vehicle performance simulation analysis, to obtain damping element body side joint dotted in the actual vehicle load force is critical, as the model input of the precision of the dynamic load force will directly affect the calculation and analysis result. In this article introduces the dynamic stiffness method and the inverse matrix method are used to get the idle condition is passed to the body force, and two kinds of calculated load checking each other, to ensure the accuracy of the results.

Keywords：NVH; load force identification; heavy duty automobile; dynamic stiffness method; Inverse matrix method CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-63-04

作者簡介：支保京，就職于陜西重型汽車有限公司。

中圖分類號：U467.1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-63-04