基于原位阻塞力和多级子系统逆子结构的传递路径分析方法研究

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汽车NVH性能是汽车非常重要的性能指标,也是引起车辆各种故障的主要原因。传递路径方法是分析振动噪声问题的很好方法,但是现有传递路径分析方法偏重于试验,较少与数值仿真相结合,且试验周期长,更多用于解决汽车NVH特定具体问题,很少用于汽车NVH的优化和正向开发,同时现有TPA大多从整车系统角度分析NVH问题,较少从各子系统(如激励源特性和柔性连接特性等)角度来进行汽车NVH分析与优化,所以提出能基于子系统特性进行整车NVH分析与预测的传递路径分析方法有重要应用价值。本文依托课题组和某汽车公司合作的横向课题《基于传递路径和响应的驱动桥NVH性能提升》。根据传递路径分析思想、激励源表征方法以及动态子结构/逆子结构理论,提出原位阻塞力和多级子系统逆子结构的传递路径分析方法,为汽车振动噪声的分析、预测、优化及正向开发提供重要的理论基础和方法参考。主要研究工作概括如下:为了验证所提出的传递路径分析方法,根据整车系统NVH传递路径分析原理,设计了由电机驱动的模拟整车发动机激励、柔性悬置和车架车身的试验台,为了分析传统传递路径分析的利弊,利用该试验台进行了系统振动响应的逆矩阵传统传递路径分析。首先建立试验台目标响应点振动的传递路径分析模型,进行试验台各种稳态转速工况下的振动响应测试和接受子结构的频响函数测试。其次分析不同参考点数目对频响函数矩阵条件数的影响,并比较不同奇异值截断方法对载荷识别精度影响,选择阈值截断奇异值法,分别进行试验台十种稳态工况的界面载荷识别并分析各工况不同传递路径的贡献量。然后利用有限元方法仿真分析接受子结构的子系统频响函数,并与试验频响函数相比较,最后总结传统传递路径分析方法的结果并分析其利弊。虽然传统传递路径分析方法分析精度比较高,但是存在一个巨大缺陷,即所识别的界面载荷不具有移植性,当接受子结构发生变化时,需要重新识别界面载荷,需要反复做大量试验,造成较高的整车NVH开发成本和较长的周期。针对上述传统传递路径方法所识别的界面载荷不能用于不同接受结构系统的响应贡献量分析和预测的缺陷,基于原位阻塞力可以独立表征激励源且不随接受子结构变化的优点,提出了原位阻塞力传递路径分析方法,扩展了该方法使之适用于具有子系统数值仿真数据的柔性耦合系统,并利用试验台试验验证了所提出的原位阻塞力传递路径方法。首先进行各工况振动响应测试和系统频响函数测试,依据原位阻塞力理论识别试验台三个悬置主动端处的阻塞力,进行各路径贡献量分析。其次根据所识别的阻塞力预测响应点的振动响应,并与试验值进行对比,为了进一步验证所提传递路径分析方法对于不同接受子结构的独立性和可移植性,对原结构试验台进行了结构改变。然后对变结构试验台同样进行了原位阻塞力传递路径分析,即进行各工况振动测试、系统频响函数获取、阻塞力识别、路径贡献量分析以及响应点响应预测,分别对比分析原结构和变结构试验台的系统频响函数和识别的三悬置处阻塞力,验证试验台原位阻塞力的可移植性。为了间接证明所提原位阻塞力传递路径分析方法的精确性,对该传递路径分析方法与传统传递路径分析方法的阻塞力识别值、各路径贡献量和目标响应点速度响应预测值进行比较,结果间接验证了所提传递路径分析方法的精确性。但是实际应用中,为了缩短整车NVH开发周期,某些子结构的频响函数数据是由数值仿真分析得到的。为了把所提传递路径分析方法扩展到包含子结构数值仿真数据的柔性耦合系统的响应预测,对该方法进行试验台的应用。首先通过试验测试激励源子结构频响函数,其次数值仿真获取接受子结构的频响函数以及试验测量柔性悬置动刚度数值,最后预测系统目标响应点速度响应。以上所有分析验证了所提出的原位阻塞力传递路径分析方法的有效性、精确性以及结合子结构数值仿真数据进行响应预测的可能性。但是对于多级子系统组成的柔性耦合系统来说,需要实施大量柔性悬置动刚度的试验测试,这是一项复杂且费时耗力的测试,且准确性不高,因此提出能间接识别悬置动刚度的传递路径分析方法具有重大意义。针对上述方法需要进行柔性悬置动刚度测试的不足,基于多级子结构系统的逆子结构理论,提出了多级子系统逆子结构的传递路径分析方法。为了验证所提逆子结构传递路径分析的精确性和可靠性,利用多自由度集总参数模型对该方法进行数值验证,首先对该多自由度集总参数模型进行子系统划分,其次基于多级子系统的逆子结构理论通过系统频响函数识别各子系统的频响函数以及各柔性连接单元的动刚度,并与实际值进行比较,对比结果验证所提出的逆子结构传递路径分析方法较高精度和较好可靠性,最后进行各路径力传递率和系统频响函数对于各柔性连接单元的灵敏度分析。利用试验台对所提的逆子结构传递路径方法进行试验验证,首先进行试验台的系统简化和子结构划分,并建立传递路径分析模型,进行各工况的振动测试和系统频响函数获取,其次利用系统频响函数识别各子结构频响函数以及三个悬置的动刚度,并与试验值进行对比,然后基于悬置刚度法识别各悬置被动端的界面力,把所识别的界面力与传统传递路径分析方法识别的界面载荷进行对比,通过结果对比验证该方法有较高精度和可靠性,进行各工况下所有路径贡献量分析,为特定工况频率下系统振动响应控制提供基础,最后基于识别的子系统频响函数和柔性悬置动刚度分析各路径的力传递率,为系统响应分析与控制提供了参考。以上分析结果验证了所提出的多级子系统逆子结构传递路径分析方法在系统NVH响应分析和预测方面的可靠性和精确性,可以完全用于汽车NVH的分析和控制。
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