一种汽车转向系统CAE模态识别方法与流程

本发明涉及汽车转向系统,具体涉及一种汽车转向系统cae模态识别方法。

背景技术：

在整车设计开发过程中，转向系统是汽车底盘中的重要系统，包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构，而转操纵向机构主要由转向盘、转向轴和转向管柱等组成。汽车转向系统性能影响汽车操纵稳定性、汽车安全性、汽车nvh性能等重要性能，通过cae技术进行模态识别，使得设计人员在样车试制前就能对汽车结构性能或缺陷有所预见，使设计阶段尽量完善转向系统结构设计，避免设计错误出现在后期，大大缩短了开发周期，提高了设计质量。

模态识别是应用频响函数的方法，通过一些特定点法，确定车身的典型阶次模态的方法。常用于识别的典型阶次模态包括车身的一阶弯曲和一阶扭转等模态。

现有转向管柱单体模态无固定识别方法，主要的识别方法为物理测试，搭建转向管柱单体试验台进行测试，缺点是测试周期长，不利于产品开发周期的管控和实验台架费用较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种汽车转向系统cae模态识别方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种汽车转向系统cae模态识别方法，包括汽车转向管柱单体模态识别，该转向管柱单体模态识别包括如下步骤：

第一步：转向盘附件质量模拟识别。

第二步：建立转向管柱模态识别节点：在转向盘的十二点方向位置和3点方向位置分别建立第一、第二识别节点，并分别在第一、第二识别节点处定义局部坐标系，局部坐标系应与转向盘盘面在同一个平面上；再在转向管柱中间点位置建立转向管柱识别节点，该识别节点作为参考节点。

第三步：对参考节点建立局部坐标系，该参考节点局部坐标系的轴线应与管柱的轴线方向一致。

第四步：在第一、第二识别节点和参考节点处分别施加单位激励载荷，激励载荷的方向分别为转向盘的垂直方向和水平方向。

第五步：采用频响函数识别法识别转向管柱在20-55hz的频率响应曲线。

第六步：根据频率响应曲线，在临近的两个峰值30-55hz之间确定转向盘模态的峰值频率。

第七步：利用第一步得到的转向盘附件质量模拟识别数据进行仿真计算，得到振动应变能量分布图，再利用第六步得到的峰值频率共同确定转向管柱模态；具体为：峰值较大且振动应变能量分布图中转向管柱应变能量分布集中在转向盘根部时，转向管柱上端的模态即为转向管柱单体模态。

根据本发明所述的一种汽车转向系统cae模态识别方法的优选方案，转向盘附件质量模拟识别采用六点法；即将转向盘进行六等分，再将转向盘骨架质量均布在转向盘上的这六个等分点位置上；将安全气囊的集中质量点布置在转向盘十二点方向位置，将仪表开关的集中质量点布置在转向盘6点方向位置的附近，进行分别测量安全气囊和仪表开关的转动惯量。

根据本发明所述的一种汽车转向系统cae模态识别方法的优选方案，转向盘附件质量模拟识别采用十二点法；即将转向盘进行十二等分，将转向盘骨架质量均布在转向盘上的这十二个等分点位置上，十二等分后的总配重质量是转向盘蒙皮的总质量，再将安全气囊、仪表开关分布质量也均分在这十二个等分点位置上进行质量等效模拟。

本发明所述的一种汽车转向系统cae模态识别方法的有益效果是，本发明方法简单，识别精度高，通过cae技术进行模态识别，使得设计人员在样车试制前就能对汽车结构性能或缺陷有所预见，具有工程推广性。

附图说明

下面结合附图和实施流程对本发明进一步说明。

图1是建立转向管柱模态识别节点的示意图。

图2是转向盘附件质量模拟识别采用六点法示意图。

图3是转向盘附件质量模拟识别采用十二点法示意图。

具体实施方式

一种汽车转向系统cae模态识别方法，包括汽车转向管柱单体模态识别，其特征在于：该转向管柱单体模态识别包括如下步骤：

第一步：转向盘附件质量模拟识别；

第二步：建立转向管柱模态识别节点：在转向盘的十二点方向位置和三点方向位置分别建立第一、第二识别节点，并分别在第一、第二识别节点处定义局部坐标系，局部坐标系应与转向盘盘面在同一个平面上；再在转向管柱中间点位置建立转向管柱识别节点作为参考节点；参见图1中，①为在转向盘的十二点方向所在的位置建立的第一识别节点，②为在转向盘的三点方向所在的位置建立的第二识别节点，③为转向管柱识别点。

第三步：对参考节点建立局部坐标系，该参考节点局部坐标系的轴线应与管柱的轴线方向一致。

第四步：在第一、第二识别节点和参考节点处分别施加单位激励载荷，激励载荷的方向分别为转向盘的垂直方向和水平方向。

第五步：采用频响函数识别法识别转向管柱在20-55hz的频率响应曲线。

第六步：根据频率响应曲线，在临近的两个峰值30-55hz之间确定转向盘模态的峰值频率。

第七步：利用第一步得到的转向盘附件质量模拟识别数据进行仿真计算，得到振动应变能量分布图，再利用第六步得到的峰值频率共同确定转向管柱模态；具体为：峰值较大且振动应变能量分布图中转向管柱应变能量分布集中在转向盘根部时，转向管柱上端的模态即为转向管柱单体模态。

在具体实施例中，转向盘附件质量模拟识别可以采用六点法；即将转向盘进行六等分，再将转向盘骨架质量均布在转向盘上的这六个等分点位置上；参见图2，这六个等分点a、c、e、g、i、k分别为转向盘的零点、四点、八点、十二点、十六点和二十点方向所在的位置，将安全气囊的集中质量点布置在转向盘十二点方向所在的位置g，将仪表开关的集中质量点布置在转向盘六点方向所在的位置e附近，进行分别测量安全气囊和仪表开关的转动惯量。

在具体实施例中，转向盘附件质量模拟识别还可以采用十二点法；即将转向盘进行十二等分，将转向盘骨架质量均布在转向盘上的这十二个等分点位置上，参见图3，这十二个等分点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l分别为转向盘的零点、二点、四点、六点、八点、十点、十二点、十四点、十六点、十八点、二十点、二十二点、二十四点方向所在的位置，即将十二个集中质量点均匀分布在转向盘骨架的上表面，十二等分后的总配重质量是转向盘蒙皮的总质量，再将安全气囊、仪表开关分布质量也均分在这十二个等分点位置上进行质量等效模拟。该种方法可以精确的模拟转向盘蒙皮的分布。

六点法与十二点法比较，六点法的质量分布较为简单且考虑了安全气囊和组合开关的实际位置对转动惯量等因素的影响，计算精度较好。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种汽车转向系统CAE模态识别方法，包括汽车转向管柱单体模态识别，其特征在于：该转向管柱单体模态识别包括：第一步：转向盘附件质量模拟识别；第二步：建立转向管柱模态识别节点：在转向盘的十二点方向所在的位置和三点方向所在的位置分别建立第一、第二识别节点；再在转向管柱中间点位置建立转向管柱识别节点作为参考节点；第三步：对参考节点建立局部坐标系；第四步：在第一、第二识别节点和参考节点处分别施加单位激励载荷；第五步：采用频响函数识别法识别转向管柱在20‑55Hz的频率响应曲线；第六步：在临近的两个峰值30‑55Hz之间确定转向盘模态的峰值频率；本发明方法简单，识别精度高，具有工程推广性。

技术研发人员：苏锦涛
受保护的技术使用者：中国汽车工程研究院股份有限公司
技术研发日：2017.08.08
技术公布日：2018.01.09