基于移动多级带宽估计模型的车身悬置动刚度估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种轿车车身NVH(噪声、振动与声振粗糙度）技术领域的动刚度 估计方法，具体是一种基于移动多级带宽估计模型的车身悬置动刚度估计方法。
【背景技术】
[0002] 悬置广泛应用于汽车、船舶等机械系统中，如动力总成悬置、橡胶衬套及排气管悬 吊，主要起着支撑及减振降噪的作用，而悬置的动刚度特性则是评价其隔离振动能力的主 要指标。
[0003] 根据机械系统之间的连接刚度大小，通常将系统分为两种情况。第一种系统的连 接刚度较大或刚性连接，作为一个整体无法分解为更小的子系统，第二种系统的连接刚度 较小，可以分为多个子系统，子系统之间通过悬置连接组成整个系统。前者主要通过试验模 态分析方法进行激励源的贡献量分析，而后者是工程中最常见的系统，主要运用传递路径 分析方法进行各个子系统之间的能量传递分析，首先需要确定振源和噪声源的位置，然后 分析振动和噪声从激励源传递到目标点的路径，并计算出每个激励源对目标点响应的贡献 量，根据分析结果工程师可以提出机械系统减振降噪的改进措施。
[0004] 传递路径分析方法主要包括两个步骤：传递函数的测量和工况载荷的识别，其中： 工况载荷的识别精度是决定分析结果正确程度的主要因素。若已知悬置的动刚度及元件两 端的响应，则工况力可以用下面公式求得：
[0005]
〔1〕
[0006] 其中：&为悬置动刚度，aai和api分别为元件主动端和被动端的加速度响应，《为 角频率。由此式可知，计算工况力的关键是获取悬置的动刚度。
[0007] 经过对现有技术文献的检索发现，目前科学界和工业界对悬置动刚度的识别主要 手段是动刚度试验。试验中需要将被测试的悬置从整车上拆下来，并设计制作专用的夹具 将其安装在试验台上。为了保证结果的精度，还需要对悬置在整车安装状态下所受到的静 载荷进行测试，将其作为试验预载荷加在悬置上。动刚度试验方法的缺点是成本高、周期长 及无法获取较高频率下的动刚度。因此，悬置动刚度的识别是传递路径分析方法中的一个 研宄热点。
[0008] KarlJanssens等人在期刊《MechanicalSystemsandSignalProcessing》2011 年第25期中，基于传统传递路径分析方法，提出了参数化等效方法（OPAX)替代发动机悬置 动刚度试验，建立了悬置动刚度多级带宽估计模型，结合已测量的传递函数和工况响应数 据，进行了发动机悬置动刚度的有效估计。研宄结果表明，0PAX是一种精度较高、成本和周 期较低的悬置动刚度估计方法，但其存在拟合参数过多的问题（Overparameterized)，在 估计参数较多或工况数据较少的情况下会导致较差的估计结果。
【发明内容】
[0009] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于移动多级带宽估计模型的悬 置动刚度估计方法，基于模型估计不确定性指标，通过循环迭代手段估计悬置动刚度，克服 传统拟合模型拟合参数过多的问题，提高动刚度估计的精度和效率，并为精确分析机械系 统振动和噪声的传递路径奠定基础。
[0010] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0011] 本发明包括以下步骤：
[0012] 步骤一、确定移动多级带宽估计模型的参数，具体为：根据机械系统的结构特点和 关注的振动噪声频率范围，确定系统性能分析目标点、传递路径个数、频率范围和信号阶次 切片数，然后根据移动多级带宽估计模型的经验公式确定参考点的个数、频率带宽度和频 率带间隔。
[0013] 所述的移动多级带宽估计模型经验公式如下所示：
[0014] 1. 3vceil(0. 5m)ceil(0.lbw) 2n(2)
[0015] 且bw=ceil(fr/6)，Af=ceil(0?lbw) (3)
[0016] 其中：n为传递路径数，v为参考点的个数，m为发动机阶次数，bw为频率带宽，fr 为频率范围，Af为频率带间隔，ceil表示上限取整函数。
[0017] 步骤二、工况响应和传递函数测量，具体为：在工况条件下，同时测量车身上所有 悬置两端的加速度、目标点和参考点响应的信号，并进行阶次追踪。在拆除发动机系统后的 车身系统上，测量从悬置安装点到目标点和参考点之间的传递函数。
[0018] 步骤三、建立悬置动刚度移动多级带宽估计模型，具体为：根据步骤一中确定的移 动多级带宽估计模型的参数，建立多个传统动刚度多级带宽估计模型，形成悬置动刚度移 动多级带宽估计模型。
[0019] 步骤四、悬置动刚度估计值不确定性指标值计算，具体为：结合悬置动刚度已知信 息和步骤二中的工况响应、传递函数，对移动多级带宽估计模型进行求解，采用线性插值法 得到每个悬置动刚度估计值，并计算悬置动刚度估计值的不确定性指标值。
[0020] 本发明中设定刚度估计值的不确定性与刚度估计值的精度是一致的，即估计值的 精度越高则不确定性越小。
[0021] 所述的悬置动刚度已知信息是指悬置动刚度在某些方向上是已知、小于不确定性 指标阈值或者悬置动刚度在一些方向上是相等的。
[0022] 步骤五、悬置动刚度估计和估计精度计算，具体为：设定不确定性指标阈值，根据 移动多级带宽估计模型的计算结果，当所有的悬置动刚度估计值的不确定性指标值均小于 不确定性指标阈值，则结束计算并输出结果，否则通过循环迭代得到估计结果。
[0023] 所述的循环迭代是指：将不确定性指标值小于阈值的动刚度估计值的均值，作为 悬置动刚度已知信息，并代入步骤三中的移动多级带宽估计模型，然后通过步骤四得到每 个悬置动刚度估计值，并进一步通过步骤五中的阈值进行判断；当迭代次数达到预设值且 并非所有的悬置动刚度估计值的不确定性指标值均小于设定阈值时，则以最后一次迭代结 果作为最后的估计结果输出。
[0024] 所述的不确定性指标值表征当前循环下的动刚度估计精度，数值越小则说明估计 精度越高。 技术效果
[0025] 与现有技术相比，本发明的优点包括：
[0026] 1)与现有悬置刚度估计方法相比，本发明基于移动多级带宽估计模型采用循环迭 代求解方法，避开了对悬置动刚度的直接实验测量，同时减少了待求解参数的数目，解决了 拟合参数过多的问题，提高了悬置刚度估计的精度；本发明所提出的经验公式可以帮助工 程师预先根据系统特点和分析目的确定移动多级带宽估计模型的参数，降低了由于参数选 择不当而导致重新测试计算及过量测试的风险。
[0027] 2)本发明引入不确定性指标，将确定的悬置动刚度估计过程转化为不确定的悬置 动刚度估计过程，增加了求解方程组的稳健性，改善了悬置动刚度的求解条件，结合少量工 况数据就可以获得较精确的悬置动刚度，不仅提高了悬置动刚度估计的效率，同时还定量 计算了悬置动刚度在每个频率点的估计精度；
[0028] 3)本发明的工程应用性强。利用本发明计算出的悬置刚度，可以很方便计算悬置 安装点的工况耦合力，大大提高了传递路径分析方法在轿车NVH问题中的可操作性。虽然 本发明是针对发动机悬置提出的，但本发明的理论成果具有很强的应用前景，稍加扩展便 可应用于其他机械连接点动刚度的估计。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明方法示意图。
[0030] 图2为传递路径分析示意图。
[0031] 图3为移动多级带宽估计模型。
[0032] 图4为动刚度计算过程示意图。
[0033] 图5为本发明方法与传统方法对悬置动刚度估计结果比较图。
【具体实施方式】
[0034] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 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。 实施例1
[0035] 如图1和图4所示，本实施例包括如下步骤：
[0036] 步骤一、确定发动机悬置移动多级带宽估计模型参数：发动机系统共有3个悬置： 左悬置、右悬置和后悬置，每个悬置只考虑平动方向的动刚度（X、Y、Z三个方向），因此共有 9条传递路径的动刚度，分析频率范围为10 -190Hz，采用10个阶次切片数据。根据移动多 级带宽估计模型经验公式可知：n = 9，m = 10，fr = 191Hz，bw = 32Hz，Af = 4Hz，当参考 点数为1时即可满足实施条件，即v = 1。
[0037] 建立传递路径分析模型，如图2所示。
[0038] 步骤二、测量工况响应和传递函数：
[0039] 2. 1)在工况条件下，测量车身上：
[0040] i)所有悬置两端的加速度aai(?)和api(?)，其中：i = 1，2，一9 ;
[0041] ii)目标点响应Y(?)和参考点响应仏（《);
[0042]iii)转速计信号。
[0043] 2. 2)在拆除发动机系统后的车身系统上，测量：
[0044] i)从悬置安装点到目标点之间的传递函数：Hyi (?)，
[0045] ii)从悬置安装点到参考点之间的传递函数：Hn(?)，其中：i = 1，2，一9。
[0046] 步骤三、建立悬置动刚度的移动多级带宽估计模型：根据步骤一中确定的频带宽 度将整个频率范围划分为不重合的等宽频带，每个频带的宽度为bw，依次将频带向右移动 A f建立ceil (bw/ A f)个传统多级带宽估计模型，根据步骤一中的模型参数建立所有频带 的求解方程，即