動力總成慣性參數(shù)測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種動力總成慣性參數(shù)測試方法，將動力總成通過懸置元件安裝在發(fā)動機試驗臺架上構(gòu)成被測動力總成懸置系統(tǒng)，通過模態(tài)試驗測試該懸置振動系統(tǒng)的6階剛體模態(tài)頻率來識別動力總成慣性參數(shù)。相對現(xiàn)有主流的慣性參數(shù)測試方法，該測試方法具有原理簡單、測量簡便，辨識參數(shù)少，無需將被測物體吊起，被測物體尺寸不受限制，測量精度高等優(yōu)點。
【專利說明】動力總成慣性參數(shù)測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利屬于剛體慣性參數(shù)測試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種動力總成慣性參數(shù)（包括 慣性矩和慣性積）測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽車動力總成是由發(fā)動機和變速器構(gòu)成的總成。汽車發(fā)動機動力總成懸置系統(tǒng)是 指由發(fā)動機動力總成及其與車架或車身之間起彈性連接作用的懸置元件共同構(gòu)成的系統(tǒng)。 通常動力總成懸置系統(tǒng)分析方程建模時，假設(shè)車架是質(zhì)量無限大的剛體，即直接將懸置元 件一端接地固定，另一端與動力總成連接。
[0003] 為對該懸置系統(tǒng)進行減振、隔振設(shè)計需要準確獲取動力總成的質(zhì)量、質(zhì)心、慣性矩 和慣性積等基本參數(shù)。慣性參數(shù)的準確與否對懸置系統(tǒng)的減振、隔振設(shè)計的效果有著重要 影響。目前動力總成慣性參數(shù)（如慣性矩和慣性積）測試方法主要有復(fù)擺法、三線擺法、試 驗?zāi)B(tài)分析法等。復(fù)擺法、三線擺法是將被測物體懸吊，通過測量被測物體多種姿態(tài)下的 擺動周期來計算慣性參數(shù)，然而復(fù)擺法測量精度低、誤差較大，三線擺法雖然精度高，但需 要反復(fù)調(diào)整被測物體姿態(tài)出次以上），試驗過程費時費力。常見的試驗?zāi)B(tài)分析法有模態(tài) 模型法、剩余質(zhì)量法和直接系統(tǒng)識別法等，但試驗?zāi)B(tài)分析法由于理論上的不完善導(dǎo)致慣 性參數(shù)測量精度較低、誤差較大，如：模態(tài)模型法要求一次激勵試驗得到動力總成的所有6 階模態(tài)頻率和振型，實測中往往難以做到；剩余質(zhì)量法的質(zhì)量導(dǎo)納線并非理想平直曲線，辨 識結(jié)果易受到彈性模態(tài)影響；直接系統(tǒng)識別法需要辨識參數(shù)多，對信號噪聲敏感，測量精度 低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種原理簡單、操作簡便、測量精度高的動力總 成慣性參數(shù)測試方法，該法辨識參數(shù)少，無需將被測物體吊起且被測物體尺寸不受限制。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：動力總成慣性參數(shù)測試方法，將 動力總成通過懸置元件安裝在發(fā)動機試驗臺架上構(gòu)成被測動力總成懸置系統(tǒng)，通過模態(tài)試 驗測試該懸置振動系統(tǒng)的6階剛體模態(tài)頻率來識別動力總成慣性參數(shù)，包括以下步驟：
[0006] 〈1>測定動力總成質(zhì)心在發(fā)動機坐標系中位置和橡膠懸置元件參數(shù)
[0007] 〈2>獲取動力總成懸置系統(tǒng)的試驗?zāi)B(tài)頻率和振型
[0008] 〈3>數(shù)據(jù)處理和計算動力總成慣性參數(shù)
[0009] 3. 1將動力總成視為具有空間6自由度的剛體，由懸置元件安裝位置、角度和剛度 建立被測動力總成懸置系統(tǒng)的剛度矩陣：
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種動力總成慣性參數(shù)測試方法，其特征在于將動力總成通過懸置元件安裝在發(fā)動 機試驗臺架上構(gòu)成被測動力總成懸置系統(tǒng)，通過模態(tài)試驗測試該懸置振動系統(tǒng)的6階剛體 模態(tài)頻率來識別動力總成慣性參數(shù)，包括以下步驟： 〈1>測定動力總成質(zhì)心在發(fā)動機坐標系中位置和橡膠懸置元件參數(shù) 〈2>獲取動力總成懸置系統(tǒng)的試驗?zāi)B(tài)頻率和振型 〈3>數(shù)據(jù)處理和計算動力總成慣性參數(shù) 3. 1將動力總成視為具有空間6自由度的剛體，由懸置元件安裝位置、角度和剛度建立 被測動力總成懸置系統(tǒng)的剛度矩陣： 'Κι ? ◎- 其中?, = fl Ki 〇為第i個懸置元件各向剛度系數(shù)構(gòu)成的對角矩陣; J fl Ki_ Ri為第i個懸置元件彈性主軸坐標系在質(zhì)心坐標系o-xyz中的方向余弦矩陣； 1 § 8 I z- -j- 0 1 β -^ ^為第i個懸置點坐標與廣義坐標的變換矩陣； 1 § 1 y( -? I 3.2建立含被測動力總成未知慣性參數(shù)1=〇￡!￡1"121!^叉 2上」1和已知總質(zhì)量111 的動力總成懸置系統(tǒng)質(zhì)量矩陣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聲 0 0 0 xz yz ^7Z 3. 3根據(jù)結(jié)構(gòu)振動分析理論構(gòu)造含有未知慣性參數(shù)J的動力總成懸置系統(tǒng)的6自由度 無阻尼自由振動方程： (Κ_ω2Μ?)) Φ = 0 (3) 其中ω = 2 π f為懸置系統(tǒng)的模態(tài)圓頻率，φ為相應(yīng)的模態(tài)振型； 3. 4對上述動力總成懸置系統(tǒng)的無阻尼自由振動分析方程，給定一組慣性參數(shù)J，對動 力總成懸置系統(tǒng)進行計算模態(tài)分析后可得到一組沿X、y、z和繞X、y、z軸振動的模 態(tài)頻率fi (J)、f2 (J)、f3 (J)、f4 (J)、f5 (J)、f6 (J);根據(jù)模態(tài)試驗獲得的各向振動頻率4°、 f2°、f3°、f4°、f5°、f6°和（3)式模態(tài)分析結(jié)果，構(gòu)造各向模態(tài)頻率等于測試模態(tài)頻率的方程組： [印)/./;· :1 /;(，):.廠1 =丨 (4) 則丨又;,=丨
1. 姻.:/:、1 將（4)式簡記為矩陣形式f(J) = I，則求解動力總成慣性參數(shù)的非線性方程為： F(J) = f(J)-I = Ο (5) ，則:,/r 1 /、 /-' U )： fi I 苴中，jf (J )= Λ \ ; , I = , 則::./:1 1 滿足（5)式非線性方程組的解J，即為待求動力總成的慣性矩和慣性積參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力總成慣性參數(shù)測試方法，其特征在于步驟3. 4中（5)式 非線性方程組的求解方法為：將J視為待求的未知量，采用解非線性方程組的牛頓迭代法 求解F(J) = f (J)-I = 0,或采用最小二乘法尋找方程的最小二乘解，得到被測動力總成的 慣性參數(shù)J。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力總成慣性參數(shù)測試方法，其特征在于步驟〈1>按以下操 作進行： 1. 1測定動力總成在發(fā)動機坐標系下的質(zhì)心〇坐標（X。，y。，z。)，建立動力總成質(zhì)心坐標 系o-xyz，發(fā)動機坐標系0-ΧΥΖ是發(fā)動機設(shè)計時的參考坐標系，動力總成質(zhì)心坐標系原點位 于質(zhì)心，各坐標方向與發(fā)動機坐標系方向一致； 1.2采用萬能材料試驗機測定每個橡膠懸置元件沿其彈性主軸的三向剛度 (kui，kvi，kwi);由發(fā)動機坐標系下懸置元件安裝坐標與質(zhì)心坐標的差值計算得到質(zhì)心坐標 系下的第i個懸置元件安裝位置（ Xi，yi，Zi);懸置元件安裝角度由動力總成設(shè)計圖紙確定 或?qū)崪y得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力總成慣性參數(shù)測試方法，其特征在于步驟〈2>按以下操 作進行： 2. 1將動力總成通過懸置元件安裝在發(fā)動機試驗臺架上，構(gòu)成被測的動力總成懸置系 統(tǒng)，其中將動力總成視為具有空間三向平動自由度和三向轉(zhuǎn)動自由度的剛體；將橡膠懸置 元件簡化沿其彈性主軸u、v、w的三向彈簧，一端與動力總成連接，另一端與試驗臺架基礎(chǔ) 連接； 2. 2采用試驗?zāi)B(tài)分析設(shè)備對被測的動力總成懸置系統(tǒng)進行試驗?zāi)B(tài)分析，獲取動力 總成懸置系統(tǒng)的6階剛體模態(tài)頻率和對應(yīng)的模態(tài)振型；這六個模態(tài)頻率分別為沿X、Y、Z軸 的平動頻率4°、f 2°、f3°和繞X、Υ、Ζ的轉(zhuǎn)動頻率f4°、f5°、f 6°。
【文檔編號】G01M1/10GK104296924SQ201410614072
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】陳樹勛, 韋齊峰, 黃錦成 申請人:廣西大學(xué)