一种电磁式主动悬置参数的辨识方法与流程

本发明涉及动力总成主动悬置领域，尤其是涉及一种电磁式主动悬置参数的辨识方法。
背景技术：
：如今，人们对汽车乘坐舒适性的要求越来越高，因而NVH(Noise，VibrationandHarshness)特性已经成为衡量汽车品质的一个重要标准。然而考虑到改善燃油经济性的需求，一些高级轿车采用了发动机闭缸技术，而闭缸技术在增加振动阶次多样性的同时，加剧了发动机受力不均匀的振动问题。此外，近年来混合动力车的发展越来越迅猛，其急加速工况下发动机瞬时介入引起的振动噪声问题严重影响了乘坐舒适性。动力总成悬置系统对于解决上述这些振动问题起着重要的作用。其中主动悬置相比于被动悬置，半主动悬置，能更好地满足悬置低频大刚度、高频小刚度的理想特性。并且可以有效对发动机所有频率下的振动进行有效隔离，在消除瞬态振动上有着明显的优势。在对主动悬置进行控制算法等研究时，主动悬置参数的准确性会严重影响最终的控制效果。然而，目前还没有针对主动悬置参数辨识方法的研究。虽然主动悬置中被动液压参数的辨识可以参考液压悬置及半主动悬置参数识别方法，但是这些方法并不涉及主动悬置作动器刚度、阻尼、音圈常数关键参数的辨识。并且这些方法在对等效活塞面积等参数进行辨识时，在施加位移载荷的方式、测量排开液体体积等方面的精度较低。因而设计一种主动悬置参数辨识实验方法有非常重要的实际意义。技术实现要素：本发明的目的是针对上述问题提供一种电磁式主动悬置参数的辨识方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电磁式主动悬置参数的辨识方法，所述方法包括步骤：A)对主动悬置进行被动液压参数的辨识；B)对主动悬置进行作动器参数的辨识。所述作动器参数包括作动器的刚度阻尼参数和作动器的音圈常数。所述作动器的刚度阻尼参数的辨识方法具体为：B11)第一材料试验机对作动器进行装夹；B12)第一材料试验机的作动头对作动器施加位移载荷，根据作动器的位移和反力信息计算作动器的静刚度；B13)第一材料试验机的作动头给作动器施加幅值和频率均不同的正弦位移动载荷，根据作动器的位移和反力信息计算作动器的动刚度；B14)根据步骤B13)和B14)得到的作动器的静刚度和动刚度进行拟合，辨识作动器的刚度阻尼参数。所述作动器的音圈常数的辨识方法具体为：B21)第一材料试验机对作动器进行装夹，同时将作动器的电压输入端与示波器连接；B22)第一材料试验机的作动头给作动器施加幅值和频率均不同的正弦位移激励，并通过示波器记录作动器的输出电压；B23)求解不同频率下的音圈常数km，计算平均值得到作动器的音圈常数：其中，U为示波器记录的输出电压幅值，A为作动器的位移幅值，ω为激振圆频率。所述被动液压参数包括上液室参数和惯性通道参数。所述上液室参数的辨识方法具体为：A11)第一材料试验机对橡胶主簧进行装夹；A12)第一材料试验机的作动头对橡胶主簧施加位移载荷，根据橡胶主簧的位移和反力信息计算橡胶主簧的静刚度；A13)第一材料试验机的作动头对橡胶主簧施加预载，在预载下向橡胶主簧施加幅值和频率均不同的位移动载荷，根据橡胶主簧的位移和反力信息计算橡胶主簧的动刚度；A14)通过第一材料试验机、第二材料试验机和液压参数辨识装置搭建等效活塞面积辨识试验台架，进行等效活塞面积辨识，得到等效活塞面积Ap；A15)通过第一材料试验机和液压参数辨识装置搭建上液室体积刚度辨识试验台架，结合步骤A14)得到的等效活塞面积Ap，进行上液室体积刚度辨识，得到上液室体积刚度，包括上液室静态体积刚度和上液室动态体积刚度；其中，所述液压参数辨识装置包括：液压缸、液压管道、辨识腔、辨识腔夹具、压力传感器、液压堵头和乙二醇与水的混合溶液。所述步骤A14)具体为：A141)搭建等效活塞面积辨识试验台架，具体为：将液压缸装夹在第二材料试验机上，辨识腔固定在第一材料试验机上，橡胶主簧通过辨识腔夹具装夹在辨识腔与第一材料试验机之间，液压缸与辨识腔之间通过液压管道连接，压力传感器连接在辨识腔侧面，将乙二醇与水的混合溶液以无气泡状态充满辨识腔内部；A142)第一材料试验机的作动头对橡胶主簧施加向下的位移载荷，根据压力传感器反馈的辨识腔压力，调整第二材料试验机的作动头的位移使液压缸以恒压状态容纳辨识腔排开的液体；A143)根据第一材料试验机的作动头位移x1、第二材料试验机的作动头位移x2和液压缸的活塞面积Acyl计算等效活塞面积Ap：所述步骤A15)具体为：A151)搭建上液室体积刚度辨识试验台架，具体为：将辨识腔固定在第一材料试验机上，橡胶主簧通过辨识腔夹具装夹在第一材料试验机与辨识腔之间，利用液压堵头封闭辨识腔下方连接口，压力传感器连接在辨识腔侧面，将乙二醇与水的混合溶液以无气泡状态充满辨识腔内部；A152)第一材料试验机的作动头对橡胶主簧施加位移载荷，压力传感器记录辨识腔内部压力，根据橡胶主簧位移x3、辨识腔内压力p1和等效活塞面积Ap，计算得到上液室静态体积刚度Kv：A153)第一材料试验机对橡胶主簧施加预载，橡胶主簧变形稳定后，向橡胶主簧施加频率和幅值均不同的正弦位移动载荷，压力传感器记录辨识腔内部压力，计算不同激励下辨识腔内压力与辨识腔内液体体积的传递函数，得到上液室动态体积刚度。所述惯性通道参数的辨识方法具体为：A21)搭建惯性通道参数辨识试验台架，具体为：将惯性通道通过辨识腔夹具装夹在辨识腔内，辨识腔固定在第一材料试验机上且上方密封，液压缸装夹在第二材料试验机上，液压缸与辨识腔之间通过液压管道连接，压力传感器分别安装在辨识腔的上下两个液室，将乙二醇与水的混合溶液以无气泡状态没过惯性通道但不充满辨识腔；A22)第二材料试验机的作动头向液压缸施加幅值和频率均不同的低频正弦位移载荷，压力传感器记录上下两个液室的压力；A23)根据步骤A22)记录的上下两个液室的压力和第二材料试验机的作动头位移，计算上下两个液室的压力差与流过惯性通道液体体积之间的传递函数，继而得到惯性通道液体惯量、层流阻尼和紊流阻尼，即为惯性通道参数。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)通过材料试验机和示波器对主动悬置进行作动器参数的辨识，克服了传统试验方法只考虑了被动液压参数的辨识，而没有考虑对主动作动器参数的辨识的缺点。(2)在对主动悬置进行被动液压参数辨识时，通过两个材料试验机进行试验平台的搭建，比起现有的只通过一个材料试验机搭建试验平台来进行参数辨识的方法相比，施加位移载荷和测量排开液体体积的精度均较高，继而提升了参数辨识的结果精度。(3)通过拟合作动器的静刚度和动刚度得到作动器的刚度阻尼参数，由于拟合的方式得到的精度较高，因此得到的刚度阻尼参数的精度也较高。(4)以不同频率下的音圈常数的平均值作为作动器的音圈常数，误差较小，得到的结果比较精确。附图说明图1为橡胶主簧静、动刚度辨识试验台架图；图2为橡胶主簧静刚度试验曲线图；图3为橡胶主簧动刚度试验曲线图，其中(3a)为动刚度曲线图，(3b)为滞后角曲线图；图4为等效活塞面积辨识试验台架图；图5为等效活塞面积试验曲线图；图6为上液室体积刚度辨识试验台架图；图7为上液室静态体积刚度试验曲线图；图8为上液室动态体积刚度试验曲线图，其中(8a)为膨胀刚度曲线图，(8b)为滞后角曲线图；图9为惯性通道参数辨识试验台架图；图10为惯性通道液体阻尼与流量幅值关系图；图11为作动器静动刚度辨识试验台架图；图12为作动器静刚度曲线图；图13为作动器动刚度试验曲线图，其中(13a)为动刚度曲线图，(13b)为滞后角曲线图；图14为作动器参数拟合曲线图；图15为作动器音圈常数辨识试验台架示意图；图16为作动器音圈常数曲线图；其中，1为第一材料试验机，2为第二材料试验机，3为液压缸，4为液压管道，5为辨识腔，6为辨识腔夹具，7为压力传感器，8为乙二醇与水的混合溶液。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例提供了一种电磁式主动悬置参数的辨识方法，包括下列步骤：A)通过第一材料试验机1、第二材料试验机2和液压参数辨识装置对主动悬置进行被动液压参数的辨识；B)通过第一材料试验机1和示波器对主动悬置进行作动器参数的辨识。其中，作动器参数包括作动器的刚度阻尼参数和作动器的音圈常数。作动器的刚度阻尼参数的辨识方法具体为：B11)第一材料试验机1对作动器进行装夹；B12)第一材料试验机1的作动头对作动器施加位移载荷，根据作动器的位移和反力信息计算作动器的静刚度；B13)第一材料试验机1的作动头给作动器施加幅值和频率均不同的正弦位移动载荷，根据作动器的位移和反力信息计算作动器的动刚度；B14)根据步骤B13)和B14)得到的作动器的静刚度和动刚度进行拟合，辨识作动器的刚度阻尼参数。作动器的音圈常数的辨识方法具体为：B21)第一材料试验机1对作动器进行装夹，同时将作动器的电压输入端与示波器连接；B22)第一材料试验机1的作动头给作动器施加幅值和频率均不同的正弦位移激励，并通过示波器记录作动器的输出电压；B23)求解不同频率下的音圈常数km，计算平均值得到作动器的音圈常数：其中，U为示波器记录的输出电压幅值，A为作动器的位移幅值，ω为激振圆频率。被动液压参数包括上液室参数和惯性通道参数。上液室参数的辨识方法具体为：A11)第一材料试验机1对橡胶主簧进行装夹；A12)第一材料试验机1的作动头对橡胶主簧施加位移载荷，根据橡胶主簧的位移和反力信息计算橡胶主簧的静刚度；A13)第一材料试验机1的作动头对橡胶主簧施加预载，在预载下向橡胶主簧施加幅值和频率均不同的位移动载荷，根据橡胶主簧的位移和反力信息计算橡胶主簧的动刚度；A14)通过第一材料试验机1、第二材料试验机2和液压参数辨识装置搭建等效活塞面积辨识试验台架，进行等效活塞面积辨识，得到等效活塞面积Ap；A15)通过第一材料试验机1和液压参数辨识装置搭建上液室体积刚度辨识试验台架，结合步骤A14)得到的等效活塞面积Ap，进行上液室体积刚度辨识，得到上液室体积刚度，包括上液室静态体积刚度和上液室动态体积刚度；其中，所述液压参数辨识装置包括：液压缸3、液压管道4、辨识腔5、辨识腔夹具6、压力传感器7、液压堵头和乙二醇与水的混合溶液8。步骤A14)具体为：A141)搭建等效活塞面积辨识试验台架，具体为：将液压缸3装夹在第二材料试验机2上，辨识腔5固定在第一材料试验机1上，橡胶主簧通过辨识腔夹具6装夹在辨识腔5与第一材料试验机1之间，液压缸3与辨识腔5之间通过液压管道4连接，压力传感器7连接在辨识腔5侧面，将乙二醇与水的混合溶液8以无气泡状态充满辨识腔5内部；A142)第一材料试验机1的作动头对橡胶主簧施加向下的位移载荷，根据压力传感器7反馈的辨识腔压力，调整第二材料试验机2的作动头的位移使液压缸3以恒压状态容纳辨识腔5排开的液体；A143)根据第一材料试验机1的作动头位移x1、第二材料试验机2的作动头位移x2和液压缸3的活塞面积Acyl计算等效活塞面积Ap：步骤A15)具体为：A151)搭建上液室体积刚度辨识试验台架，具体为：将辨识腔5固定在第一材料试验机1上，橡胶主簧通过辨识腔夹具6装夹在第一材料试验机1与辨识腔5之间，利用液压堵头封闭辨识腔5下方连接口，压力传感器7连接在辨识腔5侧面，将乙二醇与水的混合溶液8以无气泡状态充满辨识腔5内部；A152)第一材料试验机1的作动头对橡胶主簧施加位移载荷，压力传感器7记录辨识腔5内部压力，根据橡胶主簧位移x3、辨识腔内压力p1和等效活塞面积Ap，计算得到上液室静态体积刚度Kv：A153)第一材料试验机1对橡胶主簧施加预载，橡胶主簧变形稳定后，向橡胶主簧施加频率和幅值均不同的正弦位移动载荷，压力传感器7记录辨识腔5内部压力，计算不同激励下辨识腔内压力与辨识腔内液体体积的传递函数，得到上液室动态体积刚度。惯性通道参数的辨识方法具体为：A21)搭建惯性通道参数辨识试验台架，具体为：将惯性通道通过辨识腔夹具6装夹在辨识腔5内，辨识腔5固定在第一材料试验机1上且上方密封，液压缸3装夹在第二材料试验机2上，液压缸3与辨识腔5之间通过液压管道4连接，压力传感器7分别安装在辨识腔5的上下两个液室，将乙二醇与水的混合溶液8以无气泡状态没过惯性通道但不充满辨识腔5；A22)第二材料试验机2的作动头向液压缸3施加幅值和频率均不同的低频正弦位移载荷，压力传感器7记录上下两个液室的压力；A23)根据步骤A22)记录的上下两个液室的压力及第二材料试验机2的作动头位移，计算上下两个液室的压力差与流过惯性通道液体体积之间的传递函数，继而得到惯性通道液体惯量、层流阻尼和紊流阻尼，即为惯性通道参数。根据上述步骤，进行具体试验，过程如下：步骤一：如图1所示，将主动悬置橡胶主簧装夹在MTS831材料试验机上，试验机的上下立柱上分别配有位移传感器和力传感器。橡胶主簧装夹完成后，先进行静刚度测量实验。静刚度实验共对主簧加载、卸载三次，具体方式为以7mm/min的速率对悬置加载，加载量为0～-5mm，然后卸载，待悬置复位到0mm时的初始位移时进行下一次加载。前两次加载为预加载，用于消除橡胶元件Mullins效应所带来的试验测量误差，该过程中的实验数据不予以记录。根据第三次加载所得主簧位移和反力数据绘制如图2所示的位移-反力曲线，由此计算得到橡胶主簧的静刚度值为367.9N/mm。步骤二：橡胶主簧静刚度实验后，先对主簧卸载，然后马上进行动刚度实验。由于先前刚进行过静刚度实验，因而在动刚度实验中可以省去预加载的步骤。动刚度实验时，先对主簧施加1400N预载，然后通过控制系统依次给主簧施加不同频率、不同振幅的动态位移载荷，具体工况见表1。为了防止主簧在长时间的激振下发热影响实验结果，设定各组激励之间的时间间隔为1min。根据MTS控制器计算得到的各频率及振幅下的动刚度及滞后角实验数据，绘制如图3所示的橡胶主簧的动刚度曲线。表1橡胶主簧动刚度实验激励工况激励幅值(mm)频率范围(Hz)频率增量(Hz)12-2010.52-2010.120-20050.0520-2005步骤三：将橡胶主簧从MTS831试验机上拆卸下来，并搭建等效活塞面积辨识实验台架。如图4所示，将辨识腔5，橡胶主簧，压力传感器7，液压管道4及液压缸3进行拼装连接，其中橡胶主簧通过辨识腔夹具6装夹在辨识腔5上，液压缸3与辨识腔5之间通过液压管道4连接，压力传感器7通过螺纹连接装在辨识腔5侧面。通过液下灌液的方式对装置进行充液，保证辨识腔5内部充满乙二醇和水的混合溶液没有气泡。然后将完成灌液的装置装夹在材料试验机上。橡胶主簧端与IST3369材料试验机作动头相连，液压缸3端与MTS831材料试验机作动头相连，将压力传感器7接入MTS控制器。步骤三：根据压力传感器7的反馈信号，调整MTS831试验机的作动头位移，使液室内压力保持在0Mpa。然后，IST3369试验机的作动头给橡胶主簧施加向下的位移载荷x2，使主簧以1mm的间隔下降。与此同时根据压力传感器7反馈的辨识腔5压力，调整与液压缸3相连的材料试验机的作动端位移x1以容纳从辨识腔5中排开的液体体积，并保持压力不变。橡胶主簧共下降6mm,每下降1mm，记录一次两侧作动端的位移。根据公式可以求得等效活塞面积Ap。式中Acyl为液压缸3的活塞面积。如图5所示，等效活塞面积为3263mm2。步骤四：搭建上液室体积刚度辨识实验台架。如图6所示，将压力传感器7、橡胶主簧及液压堵头安装在辨识腔5上，采用液下灌液的方式对装置进行灌液，保证辨识腔5内没有气泡。将灌液完成的装置固定在材料试验机上，橡胶主簧与试验机作动头连接。通过材料试验机的作动头给主簧施3mm位移载荷p1，每下降0.3mm记录一次压力传感器7的压力数据p1，卸载时同样每隔0.3mm记录一次辨识腔5内压力数据。根据公式x3为橡胶主簧位移，计算上液室静态体积刚度Kv。如图7所示，上液室静态体积刚度为4.27×10-5N/mm2。步骤五：通过材料试验机向橡胶主簧施加1400N预载，待主簧变形稳定后，再向其施加不同频率及幅值的正弦位移动载荷，具体工况见表2。采集不同激励下压力传感器7记录的腔内压力及主簧位移。计算不同频率激励下腔内压力与液体体积(主簧位移与等效活塞面积的乘积)间的传递函数，求得如图8所示的上液室动态体积刚度。表2动态体积刚度加载工况步骤六：将辨识装置及液压缸3从试验机上拆卸下来，并搭建惯性通道参数辨识的试验台架。如图9所示，将辨识腔5，惯性通道，压力传感器7，液压管道4及液压缸3进行拼装连接，其中液惯性通道通过夹具装夹在辨识腔5内，辨识腔5上方用密封盖密封。液压缸3与辨识腔5之间通过液压管道4连接，两个压力传感器7分别安装在辨识腔5的上下两个液室。通过液下灌液的方式对辨识腔5进行充液，使乙二醇混合溶液高度没过惯性通道但不充满液室。然后将完成灌液的装置装夹在试验机上，其中辨识腔5固定在IST3369试验机上，液压缸3则装夹在MTS831材料试验机上。步骤七：调整MTS831材料试验机的作动头，将上辨识腔的平均压力控制在0.2Mpa左右。通过MTS831作动头给液压缸3施加不同幅值及不同频率的低频正弦位移载荷，具体工况见表3。压力传感器7记录记载过程中上下两个液室的压力p1和p2。表3惯性通道参数辨识实验激励工况步骤八：计算各频率下，上下液室的压力差Δp12与流过惯性通道液体体积V(MTS831作动端位移载荷与液压缸3活塞面积的乘积)之间的传递函数。对惯性通道液体运动方程进行拉普拉斯变换，可得式中Ii为惯性通道液体惯量，ωdr为正弦载荷的频率，Ri＝Ri1+Ri2|Q|，Ri1为惯性通道层流阻尼，Ri2为紊流阻尼，Q为惯性通道液体流量。从上式可知，传递函数的为液体惯量Ii及频率ωdr平方的乘积，由此获取不同频率及幅值正弦激励下的Ii，最终结果求取均值为2.95×106kg/m4。传递函数的虚部为Ri与ωdr的乘积，作出如图10所示的不同频率及幅值正弦激励下，液体流量幅值Qamp与ωdr关系的趋势线，图中趋势线的截距即为R1＝2.81×107Ns/m5，斜率即为Ri2＝9.82×1010kg/m7。步骤九：将惯性通道辨识装置从试验机上拆卸下来。如图11所示，将主动悬置作动器装夹在MTS831材料试验机上，作动头向下加载1.2mm位移并卸载，记录该过程中的作动器位移数据和反力数据，绘制出如图12所示的作动器静态位移-力曲线。从该曲线可计算得到作动器静刚度值为37.8N/mm。步骤十：确保完成静刚度实验后，作动器已经卸载并复位。然后通过试验作动端给作动器施加不同幅值及不同频率的正弦位移动载荷，具体工况见表4。根据作动器的位移及反力信息计算其动刚度及滞后角，如图13所示。然后根据公式K＝kA+bAωj对其中的刚度参数kA和阻尼参数bA进行拟合辨识，辨识时以0.2mm振幅激励下的实验曲线为基准。kA取静刚度与200hz处动刚度的中间值54N/mm，阻尼系数bA取值为27Ns/m，拟合后的曲线如图14所示。表4作动器动刚度实验工况激励幅值Ap(mm)频率范围(Hz)频率间隔(Hz)0.82.5-502.50.62.5-502.50.42.5-1002.50.22.5-1002.50.2105-20050.12.5-1002.50.1105-2005步骤十一：如图15所示，搭建主动悬置作动器音圈常数辨识台架，将作动器装夹在MTS831材料试验机上，作动器的电压输入端处用导线将其与示波器相连。通过试验机的作动头给作动器施加不同幅值及频率的正弦位移激励，具体工况见表5。示波器记录加载过程中的作动器输出电压，并将结果保存至示波器的外接U盘上。作动器的位移幅值为A，则速度幅值为Aω，输出电压幅值为U。根据公式求解不同频率下的音圈常数km，如图15所示，最终结果求取均值为15.87kgm/As2。表5作动器音圈常数识别实验工况当前第1页1 2 3