动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算系统及方法与流程

1.本发明属于汽车、零部件及其相关技术领域，具体涉及一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算系统及方法。


背景技术：

2.在汽车研发设计中，nvh性能(noise vibration and harshness)通常指与汽车相关的噪声、振动与声振粗糙度等性能参数。随着人们对车辆乘坐舒适性要求的不断提高，nvh性能逐渐成为汽车设计的一个重要性能指标。
3.在影响汽车nvh性能的激励源中，动力总成是整车中最主要和最重要的激励源。由于动力悬置系统是对动力总成进行支撑、限位和隔振的唯一系统，因此动力总成悬置系统的设计对汽车nvh性能至关重要。在动力总成悬置系统的性能设计中，系统的解耦性能是最重要的性能。当悬置系统各阶模态之间存在不同程度的耦合时，该阶模态受到激励会引起其他阶模态的共振，最终耦合会导致系统的共振频带加宽、隔振变差等问题，影响整车的nvh性能。因此，动力总成悬置系统的解耦水平是车辆nvh性能设计的一个关键指标，需要在汽车设计阶段时能够对该性能进行仿真计算，达到预测实车性能的目的。
4.labview是一种程序开发环境，类似于c语言、basic语言的开发环境。但是，labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而labview使用的是图形化编辑语言g编写程序，产生的程序是框图的形式。labview软件是ni设计平台的核心，也是开发测量、控制系统、软件设计等的理想选择。
5.在汽车研发设计过程中，动力总成悬置系统的解耦性能通常采用adams软件进行仿真计算。但是在基于adams软件进行计算时，首先必须在软件中建立动力总成和悬置系统的模型，其建模过程不仅存在难度，而且容易出错；在进行动力总成和悬置系统相关参数输入时，需要在多个窗口、命令界面下进行切换，操作过程繁琐；在进行计算结果的导出时，不仅数据需要多次复制，而且计算结果需要人工进行整理排列。此外，基于adams计算在进行结果导出时，无法获得某阶能量在前六阶总能量的占比，即各阶能量的百分比。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算系统及方法，便于操作的同时降低了计算成本。
7.本发明采用的技术方案是：一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算系统，包括控制模块、参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块；
8.所述控制模块用于根据外部指令实现运算处理模块和结果输出模块的启动和终止；
9.所述参数输入模块用于在labview环境下接收输入的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；
10.运算处理模块在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚
度和安装角度建立主振型方程；并基于主振型方程计算得到频率分布矩阵、能量分布矩阵；基于频率分布矩阵得到前六阶的模态值，基于频率分布矩阵和能量分布矩阵得到每阶模态在广义坐标系下的解耦率，基于能量分布矩阵得到前六阶各模态的能量百分比；
11.结果输出模块在labview环境下输出前六阶的模态值、每阶模态在广义坐标系下的解耦率和前六阶各模态的能量百分比。
12.上述技术方案中，所述参数输入模块包括动力总成参数输入模块、悬置动刚度值输入模块、悬置安装位置输入模块、悬置安装角度输入模块；
13.动力总成参数输入模块采用labview的数值输入控件，用于动力总成质量、质心位置、转动惯量的输入；
14.悬置动刚度值输入模块采用labview的数值输入控件，用于各悬置的动刚度参数的输入；
15.悬置安装位置输入模块采用labview的数值输入控件，用于各悬置的安装位置参数的输入；
16.悬置安装角度输入模块采用labview的数值输入控件，用于各悬置的安装角度参数的输入。
17.本发明中上述所有参数均在一个界面下进行输入，操作简单。
18.上述技术方案中，运算处理模块基于频率分布矩阵获取各阶的模态值并从低阶至高阶进行排序，形成1x6的频率分布矩阵。
19.上述技术方案中，运算处理模块基于能量分布矩阵计算得到能量百分比矩阵，基于能量百分比矩阵获得各阶模态对应各广义坐标系的能量百分比列阵；基于排序后的频率分布矩阵，将各阶模态对应各广义坐标系的能量百分比列阵移动至该阶对应位置，形成6x6的解耦率分布矩阵。
20.上述技术方案中，运算处理模块通过能量分布矩阵，获取各阶模态下对应所有广义坐标系的总能量和前六阶所有模态的总能量，求得前六阶中各阶模态总能量在前六阶所有模态总能量的能量百分比，形成1x6的前六阶能量百分比分布矩阵。
21.本发明无须建模，即可实现对动力总成和各悬置的特性计算，有效节约计算成本。
22.上述技术方案中，结果输出模块包括系统解耦性能输出模块和系统能量百分比输出模块；
23.系统解耦性能输出模块接收排序后的各阶的模态值，采用labview的数值显示控件显示系统前六阶的模态值；接收排序后的各阶的解耦率采用labview的数组显示控件显示每阶模态在广义坐标系下的解耦率；
24.系统能量百分比输出模块接收各阶的模态值，采用labview的数值显示控件显示系统前六阶的模态值；采用波形图显示控件和数值显示控件一起显示前六阶各模态的能量百分比。
25.本发明通过运算处理模块对计算结果进行排序再由输出模块通过列表和图形形式输出，便于操作人员查看，有效获取数据处理结果信息，提高数据的利用率。
26.上述技术方案中，运算处理模块在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度建立主振型方程的过程包括：
27.根据动力总成质量和转动惯量，建立动力总成系统6x6的质量矩阵；
28.根据各悬置的刚度值，建立各悬置3x3的刚度矩阵；
29.根据各悬置坐标位置和动力总成质心位置，建立各悬置3x3的位置转移矩阵；
30.根据各悬置的安装角度，建立各悬置3x3的方向转移矩阵；
31.根据各悬置3x3的刚度矩阵、位置转移矩阵和方向转移矩阵，求得各悬置6x6的刚度矩阵；
32.根据各悬置6x6的刚度矩阵求得动力总成系统6x6的刚度矩阵；
33.根据动力总成系统6x6的质量矩阵和刚度矩阵建立主振型方程。
34.本发明有效利用输入参数，通过数学计算得到主振型方程，不需要进行建模，有效节约了计算成本。
35.上述技术方案中，采用下式建立主振型方程：(k-ω
n2
m)a＝0；其中，k表示动力总成系统6x6的刚度矩阵，m表示动力总成系统6x6的质量矩阵，a表示动力总成系统自由振动时的振幅向量列阵，用于转化生成能量百分比分布矩阵；ωn为动力总成系统的频率矩阵，其中n＝1～6。本发明所建立的主振型方程有效反映了动力总成和各悬置的特性。本发明采用的计算方法，有效表征动力总成系统的刚度特性。
36.上述技术方案中，采用下式计算得动力总成系统6x6的刚度矩阵qi：qi＝e
it
*b
it
*ki*bi*ei，其ki表示各悬置3x3的刚度矩阵；bi表示各悬置3x3的方向转移矩阵,b
it
为其转置矩阵；ei为各悬置3x3的位置转移矩阵，e
it
为其转置矩阵，i表示悬置点编号。
37.本发明还提供了一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算方法，包括以下步骤：
38.控制模块根据外部指令启动参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块的启动和终止
39.参数输入模块在labview环境下接收输入的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；
40.控制模块根据外部指令启动运算处理模块和结果输出模块；
41.运算处理模块启动后导入参数输入模块接收到的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度建立主振型方程；并基于主振型方程计算得到频率分布矩阵、能量分布矩阵；基于频率分布矩阵得到前六阶的模态值，基于频率分布矩阵和能量分布矩阵得到每阶模态在广义坐标系下的解耦率，基于能量分布矩阵得到前六阶各模态的能量百分比；
42.结果输出模块在labview环境下输出前六阶的模态值、每阶模态在广义坐标系下的解耦率和前六阶各模态的能量百分比。
43.本发明提供了一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算方法，包括以下步骤：
44.控制模块根据外部指令启动参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块的启动和终止
45.参数输入模块在labview环境下接收输入的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；
46.控制模块根据外部指令启动运算处理模块和结果输出模块；
47.运算处理模块启动后导入参数输入模块接收到的动力总成参数以及各悬置的安
装位置、动刚度和安装角度；在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度建立主振型方程；并基于主振型方程计算得到频率分布矩阵、能量百分比矩阵、前六阶能量百分比分布矩阵；
48.结果输出模块结果输出前六阶的模态值，基于能量百分比矩阵的计算结果输出每阶模态在广义坐标系下的解耦率，基于前六阶能量百分比分布矩阵的计算结果输出每阶模态的具体能量百分比。
49.本发明的有益效果是：
50.(1)本发明的计算系统在进行悬置系统解耦性能和能量百分比计算时，不需要进行建模，直接输入相关参数即可，操作难度极低。
51.(2)本发明的计算系统在进行悬置系统解耦性能和能量百分比计算时，输入参数在参数输入模块一个界面下可完成所有参数的输入，操作简单方便。
52.(3)本发明的计算系统在进行悬置系统解耦性能和能量百分比计算时，计算结果不需要进行数据复制、整理等工作，运算处理模块程序可自动进行数据处理、排序显示。
53.(4)本发明的计算系统在进行悬置系统解耦性能和能量百分比计算时，可同步显示各阶能量的百分比，功能强大。
54.(5)本发明的结果输出模块提供了新视角和数据处理的结合，揭示出了动力总成前六阶的百分比和各阶重要度。
附图说明
55.图1为本发明的模块示意图；
56.图2为本发明的驶入模块示意图；
57.图3为本发明的结果输出模块示意图；
58.图4为本发明的控制模块示意图；
59.图5为本发明的计算系统的使用流程示意图；
60.图6为本发明的模块运算流程图；
61.图7为本具体实施例的计算结果示意图a；
62.图8为本具体实施例的计算结果示意图b；
63.图9为本发明的运算处理模块程序示意图。
具体实施方式
64.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
65.如图1所示，本发明提供了一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算系统，包括控制模块、参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块；
66.所述控制模块用于根据外部指令实现运算处理模块和结果输出模块的启动和终止；
67.所述参数输入模块用于在labview环境下接收输入的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；
68.运算处理模块在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚
度和安装角度建立主振型方程；并基于主振型方程计算得到频率分布矩阵、能量分布矩阵；基于频率分布矩阵得到前六阶的模态值，基于频率分布矩阵和能量分布矩阵得到每阶模态在广义坐标系下的解耦率，基于能量分布矩阵得到前六阶各模态的能量百分比；
69.结果输出模块在labview环境下输出前六阶的模态值、每阶模态在广义坐标系下的解耦率和前六阶各模态的能量百分比。
70.本发明提供了一种动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算方法，包括以下步骤：
71.控制模块根据外部指令启动参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块的启动和终止；
72.参数输入模块在labview环境下接收输入的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；
73.控制模块根据外部指令启动运算处理模块和结果输出模块；
74.运算处理模块启动后导入参数输入模块接收到的动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度；在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度建立主振型方程；并基于主振型方程计算得到频率分布矩阵、能量分布矩阵；基于频率分布矩阵得到前六阶的模态值，基于频率分布矩阵和能量分布矩阵得到每阶模态在广义坐标系下的解耦率，基于能量分布矩阵得到前六阶各模态的能量百分比；
75.结果输出模块在labview环境下输出前六阶的模态值、每阶模态在广义坐标系下的解耦率和前六阶各模态的能量百分比。
76.如图2所示，本发明的输入模块包括动力总成参数输入模块、悬置动刚度值输入模块、悬置安装位置输入模块、悬置安装角度输入模块。
77.本发明的动力总成参数输入模块采用labview的数值输入控件，可进行动力总成质量、质心位置、转动惯量等参数的输入。
78.本发明的悬置动刚度值输入模块采用labview的数值输入控件，可进行各悬置的动刚度参数的输入。
79.本发明的悬置安装位置输入模块采用labview的数值输入控件，可进行各悬置的安装位置参数的输入。
80.本发明的悬置安装角度输入模块采用labview的数值输入控件，可进行各悬置的安装角度参数的输入。
81.具体地，根据悬置布置点的位置，按照前后左右的顺序对其编号，按照编号对应输入各悬置的动刚度参数、安装位置参数、安装角度参数，根据编号整理集合各悬置的参数。
82.如图3所示，本发明的输出模块包括系统解耦性能输出模块和系统能量百分比输出模块。
83.运算处理模块基于频率分布矩阵获取各阶的模态值并从低阶至高阶进行排序，系统解耦性能输出模块采用labview的数值显示控件显示系统前六阶的模态值。
84.如图4所示，本发明的控制模块包括开始计算按钮和程序终止按钮，均采用labview中布尔控件。
85.本发明的“开始计算”在点击时，执行参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块中的方法程序的计算和结果输出。
86.本发明的“程序终止”在点击时，执行参数输入模块、运算处理模块和结果输出模块中的方法程序的结束和退出。
87.如图6所示，本发明的运算处理模块是基于labview中mathscript节点的自编程序代码，包括计算处理和结果汇总等功能。运算处理模块在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度建立主振型方程；并基于主振型方程计算得到频率分布矩阵、能量分布矩阵。
88.运算处理模块基于频率分布矩阵获取各阶的模态值并从低阶至高阶进行排序，形成1x6的频率分布矩阵。
89.运算处理模块基于能量分布矩阵计算得到能量百分比矩阵，基于能量百分比矩阵获得各阶模态对应各广义坐标系的能量百分比列阵；基于排序后的频率分布矩阵，将各阶模态对应各广义坐标系的能量百分比列阵移动至该阶对应位置，形成6x6的解耦率分布矩阵。
90.运算处理模块通过能量分布矩阵，获取各阶模态下对应所有广义坐标系的总能量和前六阶所有模态的总能量，求得前六阶中各阶模态总能量在前六阶所有模态总能量的能量百分比，形成1x6的前六阶能量百分比分布矩阵。
91.系统解耦性能输出模块采用labview的数组显示控件显示每阶模态在广义坐标系(x/y/z/rx/ry/rz)下的解耦率，如图7。
92.系统能量百分比输出模块采用labview的数值显示控件显示每阶模态的具体能量百分比数值，采用波形图显示控件显示前六阶模态的能量百分比柱形图，如图8。
93.本发明的运算处理模块可对输入模块的数据进行计算分析，执行解耦和能量计算，并对计算结果汇总后对计算后的解耦结果、能量值等进行自动处理和排序。
94.如图5所示，为本发明的操作流程如下：
95.1.打开软件后，程序启动，执行开始；
96.2.在动力总成参数输入模块中输入动力总成的必要参数，包括质量、质心位置、转动惯量等。
97.3.在悬置动刚度值输入模块中输入各悬置的动刚度参数。
98.4.在悬置安装位置输入模块中输入各悬置的安装位置参数。
99.5.在悬置安装角度输入模块中输入各悬置的安装角度参数。
100.6.在控制模块中点击“开始计算”按钮，运算处理模块开始调入输入模块中的所有数据信息进行解耦计算和能量百分比计算。
101.7.完成计算，运算处理模块将计算的结果分别通过系统解耦性能输出模块和系统能量百分比输出模块进行显示。
102.8.在控制模块中点击“程序终止”按钮，程序退出。
103.本发明的计算系统的程序流程图如图6所示，在控制模块中点击开始计算按钮后，输入模块中的所有数据被调入到运算处理模块中进行解耦计算和能量百分比计算。在计算完成后，运算处理模块通过结果汇总对数据进行自动整理和排序。最后，在输出模块中分别进行显示，如图7和图8。
104.本发明的运算处理模块在labview环境下基于动力总成参数以及各悬置的安装位置、动刚度和安装角度建立主振型方程的过程包括，如图9所示：
105.根据动力总成质量和转动惯量，建立动力总成系统6x6的质量矩阵m；
106.根据各悬置的刚度值，建立各悬置3x3的刚度矩阵ki；
107.根据各悬置坐标位置和动力总成质心位置，建立各悬置3x3的位置转移矩阵bi；
108.根据各悬置的安装角度，建立各悬置3x3的方向转移矩阵ti；
109.根据各悬置3x3的刚度矩阵、位置转移矩阵和方向转移矩阵，求得各悬置6x6的刚度矩阵qi:qi＝e
it
*b
it
*ki*bi*ei，其中ki表示各悬置3x3的刚度矩阵；bi表示各悬置3x3的方向转移矩阵,b
it
为其转置矩阵；ei为各悬置3x3的位置转移矩阵，e
it
为其转置矩阵。
110.根据各悬置6x6的刚度矩阵求得动力总成系统6x6的刚度矩阵k；
111.根据动力总成系统6x6的质量矩阵和刚度矩阵建立主振型方程。
112.采用下式建立主振型方程：(k-ω
n2
m)a＝0；其中k表示动力总成系统6x6的刚度矩阵，m表示动力总成系统6x6的质量矩阵，a表示动力总成系统自由振动时的振幅向量列阵，即为能量分布矩阵，ωn为动力总成系统的频率矩阵，其中n＝1～6。
113.运算处理模块根据主振型方程求得动力总成系统在j阶模态主振型的固有频率分布f(i)，基于频率分布矩阵获取各阶的模态值并从低阶至高阶进行排序，形成1x6的频率分布矩阵；其中j＝1-6。
114.运算处理模块根据主振型方程求得动力总成系统的能量分布矩阵，进而求取在j阶主振型下第k个坐标系分配的能量百分比，形成6x6的能量百分比矩阵v(j,k)；其中k＝1-6。
115.运算处理模块根据主振型方程求得动力总成系统的能量分布矩阵，通过能量分布矩阵，获取各阶模态下对应所有广义坐标系的总能量和前六阶所有模态的总能量，求得前六阶中各阶模态总能量在前六阶所有模态总能量的能量百分比，即在j阶模态主振型下总能量和各阶能量的百分比，形成1x6的前六阶能量百分比分布矩阵w(j)。
116.运算处理模块将计算结果发送至结果输出模块。结果输出模块包括系统解耦性能输出模块和系统能量百分比输出模块；
117.系统解耦性能输出模块接收排序后的各阶的模态值，采用labview的数值显示控件显示系统前六阶的模态值；接收排序后的各阶的解耦率采用labview的数组显示控件显示每阶模态在广义坐标系下的解耦率；
118.系统能量百分比输出模块接收各阶的模态值，采用labview的数值显示控件显示系统前六阶的模态值；采用波形图显示控件和数值显示控件一起显示前六阶各模态的能量百分比。
119.通过本发明的计算系统不仅能够直观显示动力总成悬置系统的解耦性能，而且还能同步显示各阶能量的百分比。
120.通过本发明的计算系统及方法，在汽车研发设计阶段能够帮助设计人员快速、有效、准确地完成动力总成悬置系统解耦性能和能量百分比计算，极大的提高工作效率。
121.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。