动力总成惯性参数测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种动力总成惯性参数测试方法，将动力总成通过悬置元件安装在发动机试验台架上构成被测动力总成悬置系统，通过模态试验测试该悬置振动系统的6阶刚体模态频率来识别动力总成惯性参数。相对现有主流的惯性参数测试方法，该测试方法具有原理简单、测量简便，辨识参数少，无需将被测物体吊起，被测物体尺寸不受限制，测量精度高等优点。
【专利说明】动力总成惯性参数测试方法
【技术领域】
[0001] 本专利属于刚体惯性参数测试【技术领域】，尤其涉及一种动力总成惯性参数（包括 惯性矩和惯性积）测试方法。
【背景技术】
[0002] 汽车动力总成是由发动机和变速器构成的总成。汽车发动机动力总成悬置系统是 指由发动机动力总成及其与车架或车身之间起弹性连接作用的悬置元件共同构成的系统。 通常动力总成悬置系统分析方程建模时，假设车架是质量无限大的刚体，即直接将悬置元 件一端接地固定，另一端与动力总成连接。
[0003] 为对该悬置系统进行减振、隔振设计需要准确获取动力总成的质量、质心、惯性矩 和惯性积等基本参数。惯性参数的准确与否对悬置系统的减振、隔振设计的效果有着重要 影响。目前动力总成惯性参数（如惯性矩和惯性积）测试方法主要有复摆法、三线摆法、试 验模态分析法等。复摆法、三线摆法是将被测物体悬吊，通过测量被测物体多种姿态下的 摆动周期来计算惯性参数，然而复摆法测量精度低、误差较大，三线摆法虽然精度高，但需 要反复调整被测物体姿态出次以上），试验过程费时费力。常见的试验模态分析法有模态 模型法、剩余质量法和直接系统识别法等，但试验模态分析法由于理论上的不完善导致惯 性参数测量精度较低、误差较大，如：模态模型法要求一次激励试验得到动力总成的所有6 阶模态频率和振型，实测中往往难以做到；剩余质量法的质量导纳线并非理想平直曲线，辨 识结果易受到弹性模态影响；直接系统识别法需要辨识参数多，对信号噪声敏感，测量精度 低。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种原理简单、操作简便、测量精度高的动力总 成惯性参数测试方法，该法辨识参数少，无需将被测物体吊起且被测物体尺寸不受限制。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：动力总成惯性参数测试方法，将 动力总成通过悬置元件安装在发动机试验台架上构成被测动力总成悬置系统，通过模态试 验测试该悬置振动系统的6阶刚体模态频率来识别动力总成惯性参数，包括以下步骤：
[0006] 〈1>测定动力总成质心在发动机坐标系中位置和橡胶悬置元件参数
[0007] 〈2>获取动力总成悬置系统的试验模态频率和振型
[0008] 〈3>数据处理和计算动力总成惯性参数
[0009] 3. 1将动力总成视为具有空间6自由度的刚体，由悬置元件安装位置、角度和刚度 建立被测动力总成悬置系统的刚度矩阵：
[0010]
【权利要求】
1. 一种动力总成惯性参数测试方法，其特征在于将动力总成通过悬置元件安装在发动 机试验台架上构成被测动力总成悬置系统，通过模态试验测试该悬置振动系统的6阶刚体 模态频率来识别动力总成惯性参数，包括以下步骤： 〈1>测定动力总成质心在发动机坐标系中位置和橡胶悬置元件参数 〈2>获取动力总成悬置系统的试验模态频率和振型 〈3>数据处理和计算动力总成惯性参数 3. 1将动力总成视为具有空间6自由度的刚体，由悬置元件安装位置、角度和刚度建立 被测动力总成悬置系统的刚度矩阵： 'Κι ? ◎- 其中?, = fl Ki 〇为第i个悬置元件各向刚度系数构成的对角矩阵; J fl Ki_ Ri为第i个悬置元件弹性主轴坐标系在质心坐标系o-xyz中的方向余弦矩阵； 1 § 8 I z- -j- 0 1 β -^ ^为第i个悬置点坐标与广义坐标的变换矩阵； 1 § 1 y( -? I 3.2建立含被测动力总成未知惯性参数1=〇￡!￡1"121!^叉 2上」1和已知总质量111 的动力总成悬置系统质量矩阵M(J): m 0 β 0 I I 0 m β 0 I I ,, 0 0 m 0 I 6 M (J)= Λ Λ Λ τ , r (2) 1 0 0 β Ja -Jr. 9. fl --J声 0 0 0 xz yz ^7Z 3. 3根据结构振动分析理论构造含有未知惯性参数J的动力总成悬置系统的6自由度 无阻尼自由振动方程： (Κ_ω2Μ?)) Φ = 0 (3) 其中ω = 2 π f为悬置系统的模态圆频率，φ为相应的模态振型； 3. 4对上述动力总成悬置系统的无阻尼自由振动分析方程，给定一组惯性参数J，对动 力总成悬置系统进行计算模态分析后可得到一组沿X、y、z和绕X、y、z轴振动的模 态频率fi (J)、f2 (J)、f3 (J)、f4 (J)、f5 (J)、f6 (J);根据模态试验获得的各向振动频率4°、 f2°、f3°、f4°、f5°、f6°和（3)式模态分析结果，构造各向模态频率等于测试模态频率的方程组： [印)/./;· :1 /;(，):.厂1 =丨 (4) 則丨又;,=丨
1. 姻.:/:、1 将（4)式简记为矩阵形式f(J) = I，则求解动力总成惯性参数的非线性方程为： F(J) = f(J)-I = Ο (5) ，則:,/r 1 /、 /-' U )： fi I 苴中，jf (J )= Λ \ ; , I = , 則::./:1 1 满足（5)式非线性方程组的解J，即为待求动力总成的惯性矩和惯性积参数。
2. 根据权利要求1所述的动力总成惯性参数测试方法，其特征在于步骤3. 4中（5)式 非线性方程组的求解方法为：将J视为待求的未知量，采用解非线性方程组的牛顿迭代法 求解F(J) = f (J)-I = 0,或采用最小二乘法寻找方程的最小二乘解，得到被测动力总成的 惯性参数J。
3. 根据权利要求1所述的动力总成惯性参数测试方法，其特征在于步骤〈1>按以下操 作进行： 1. 1测定动力总成在发动机坐标系下的质心〇坐标（X。，y。，z。)，建立动力总成质心坐标 系o-xyz，发动机坐标系0-ΧΥΖ是发动机设计时的参考坐标系，动力总成质心坐标系原点位 于质心，各坐标方向与发动机坐标系方向一致； 1.2采用万能材料试验机测定每个橡胶悬置元件沿其弹性主轴的三向刚度 (kui，kvi，kwi);由发动机坐标系下悬置元件安装坐标与质心坐标的差值计算得到质心坐标 系下的第i个悬置元件安装位置（ Xi，yi，Zi);悬置元件安装角度由动力总成设计图纸确定 或实测得到。
4. 根据权利要求1所述的动力总成惯性参数测试方法，其特征在于步骤〈2>按以下操 作进行： 2. 1将动力总成通过悬置元件安装在发动机试验台架上，构成被测的动力总成悬置系 统，其中将动力总成视为具有空间三向平动自由度和三向转动自由度的刚体；将橡胶悬置 元件简化沿其弹性主轴u、v、w的三向弹簧，一端与动力总成连接，另一端与试验台架基础 连接； 2. 2采用试验模态分析设备对被测的动力总成悬置系统进行试验模态分析，获取动力 总成悬置系统的6阶刚体模态频率和对应的模态振型；这六个模态频率分别为沿X、Y、Z轴 的平动频率4°、f 2°、f3°和绕X、Υ、Ζ的转动频率f4°、f5°、f 6°。
【文档编号】G01M1/10GK104296924SQ201410614072
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】陈树勋, 韦齐峰, 黄锦成 申请人:广西大学