传递路径分析法在方向盘振动分析中的应用.pdf

第 1 期 鉴于某型客车在开发过程中， 由发动机怠速引起的 方向盘振动较为剧烈的问题， 严重影响了客户对该车的 评价， 本文提出传递路径分析法在解决该类问题中的应 用。为模拟实际工况， 首先根据发动机动力学计算发动 机怠速激励， 然后进行频率响应分析， 最后应用传递路 径分析法对方向盘的振动问题进行诊断分析， 从而确定 具体原因， 进行有针对性的改进。 1方向盘振动传递路径及发动机激励分析 1.1方向盘振动传递路径分析 汽车振动噪声的各种诊断分析方法中，传递路径 分析 （TPA， Transfer Path Analysis） 是一种可将试验测试 数据与仿真分析相结合地分析车内噪声振动的有效方 法1-2。 应用 TPA 技术可以得到被测系统的详细信息， 在 国外汽车工业中已成为一个标准的噪声振动问题的诊 断分析方法。它能够识别出噪声振动传递的主要路径 和次要路径， 因此， 对汽车 NVH 问题的改善更具有针 对性。 传递路径分析的核心思想是将机械振动系统简化 成 “激励源路径响应点” 3的分析模型， 从而研 究系统的传递特性。通过改变激励源、 传递路径或者响 应点三者中的一个或某几个因素都可以达到改善振动 问题的目的。 为有效降低振动，对各传递路径进行预测和分析， 通常采用矢量叠加的方法4-5。因此， 传递路径分析法也 称为矢量叠加法。传递路径分析的目的是计算从激励源 到响应点的每条传递路径的矢量贡献。 不同贡献的矢量 叠加， 由于相位不同， 有相互加强的， 也有相互削弱的， 最终的响应是矢量相干叠加的结果。 传递路径分析的意 义在于寻找关键传递路径， 识别路径上主要零部件的作 用， 并通过改变它们的性能参数来解决特定的噪声振动 问题。 发动机激励通过不同的路径， 经过衰减后传递到方 向盘。将激励力分成 x、 y、 z 三个方向的分量 （下面分别 用 k=1， 2， 3 表示） ，每个分量又对应着 n 条特定的传递 路径， 那么， 该激励力分量和对应的某个传递路径就产 个人简介：叶松奎 （1984-） ， 男， 工程师； 主要从事汽车噪声振动控制相关研究工作。 传递路径分析法在方向盘振动分析中的应用 叶松奎 （ 厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建 厦门361023 ） 摘要：基于HyperWorks的NVHD模块，建立客车整车的NVH分析模型，通过动力学方法计算发动机怠 速激励，通过整车有限元模型进行方向盘振动的频率响应分析。 应用传递路径分析法，识别影响方向盘振 动的关键传递路径， 为制定合理有效的减振方案提供指导方向。 优化后方向盘的振动加速度峰值由0.61 m/s2减小至0.38 m/s2，效果显著。 关键词：传递路径分析；方向盘；振动；怠速激励 中图分类号：U463.46 文献标志码：B 文章编号：1006-3331 （2016） 01-0043-04 Application of Transfer Path Analysis Method to Steering Wheel Vibration Analysis Ye Songkui （Xiamen King Long United Automotive Industry Co., Ltd, Xiamen 361023, China） Abstract： The coach NVH model is established based on HyperWorks NVHD module. The engine idle excitation is calculated according to dynamics theory, thereby the vibration frequency response of steering wheel is analyzed through vehicle FEM. In order to work out an effective scheme which guides to reduce vibration, transfer path analy- sis (TPA) is utilized to identify the key transfer pathof steering wheel vibration. After optimization, the acceleration peak of steering wheel is reduced from 0.61 m/s2to 0.38m/s2. The effect is significant. Key words: transfer path analysis； steering wheel； vibration； idle excitation BUS The Role of Fast， HybridandOperationalPathAnalysisC.SAE： 2007-01-2352. 2 赵彤航.基于传递路径分析的汽车车内噪声识别与控制D. 长春： 吉林大学， 2008. 3 庞剑， 谌刚， 何华.汽车噪声与振动： 理论与应用M.北京： 北 京理工大学出版社， 2006. 4 刘东明， 项党， 罗清， 等.传递路径分析在车内噪声与振动研 究与分析中的应用J.噪声与振动控制， 2007 （4） ： 73-77. 5 李克强， 米仓贞雄.汽车车内噪声因素的矢量合成分析法及 应用J.汽车工程， 1995， 17 （6） ： 347-353. 6 Altair Engineering Inc.HyperWorks Users Guide， 2013. 图 10贡献量分析 图 11矢量叠加分析 图 12路径载荷 路径贡献量 /% 120 100 80 60 40 20 0 -20 100 41.76 20.9818.58 13.88 7.87 -3.89 180 135 90 45 0 315 270 225 0 200 400 600 800贡献量 - 幅值 载茶 /N 300 250 200 150 100 50 0 （ 下转第 53 页 ） 右后悬置 Z 右后悬置 Y 左后悬置 Y 左前悬置 Z 右前悬置 Y 其它 响应 右后悬置 Z 右后悬置 Y 左后悬置 Y 左前悬置 Z 右前悬置 Y 图 13优化分析结果 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 010 20304050607080 N4143177-MAG|X N4143177-MAG|Y N4143177-MAG|Z 加速度 / （m/s2） 频率 /Hz 46 第 1 期 7 Manfred Mitschke， Henning Wallentowitz.汽车动力学M.陈荫 三， 余强， 译.北京： 清华大学出版社， 2009. 8 王祺.内燃机轴系扭振振动M.大连： 大连理工大学出版社， 1992. 9 李振远， 黄俊杰， 刘文彬， 等.基于发动机激励的客车振动分 析J.湖北汽车工业学院学报， 2010， 24 （3） ： 18-24. 10 袁爽， 杨啟梁， 胡溧， 等.发动机激励下客车车身怠速振动 仿真研究J.武汉科技大学学报， 2015， 38 （1） ： 35-40. 11 黎辉， 周瑞平.柴油机轴系扭转振动简谐系数计算方法研 究J.江苏船舶， 2007， 24 （2） ： 11-13. 12 吴春华， 姚建明.配制简化示功图计算柴油机简谐系数J. 上海汽车， 2010 （6） ： 39-42. 13 卢晓莉， 刘晓晴.客车 NVH 主观评价方法的初步探讨J.客 车技术与研究， 2008， 30 （5） ： 19-22. 修改稿日期：2015-09-21 1.13。这说明在相同温度条件下， 电压对电容寿命的影响 较大。随着电压的降低， 电压对寿命的影响度逐渐减小。 2.3电流的影响 图 6 为电容在 55环境下， 以 180A 和 90A 恒流充 放电试验的容量衰减曲线。从图中可见， 两条曲线基本 重合， 虽然电容是在 55的恒温环境中， 但充放电过程 中因内阻等原因产生的热量使电容温度升高，电流大， 发热大， 所以做 180A 充放电的电容的温度稍高。 根据温 度对电容寿命的影响， 在一定温度范围内， 温度越高， 寿 命越短， 所以使用 180A 的电流进行充放电， 其容量衰减 稍快。 因此， 电容在实际应用中， 电容的温度实际等效为 环境温度加上充放电电流发热产生的温升， 充放电电流 增大， 温升变大。虽然 90A 和 180A 充放电的寿命一致， 但任何事都有一个限度。超过一定限度后， 电流过大对 电容寿命还是有影响的。 因此， 该实验的结论： 保持电容 的温度一致。在电容允许的电流范围内， 充放电电流的 大小对电容寿命的影响可以忽略。 3结束语 本文通过一系列试验， 研究温度、 电压和电流对超 级电容寿命的影响， 得出以下重要结论： 1）在相同电压下， 在电容的工作温度范围内， 电容 温度每升高 10， 寿命减半。 2）电容在相同温度下， 随着电压的降低， 电压对电 容寿命的影响度逐渐减小。 3）保持电容的温度一致，不同的电流大小对电容 寿命的影响可以忽略。 根据这三个因素对电容寿命的影响度，电容在使用 过程中， 在满足功率需求的前提下， 电容保持在相对较低 的温度和低电压条件下， 则可以适当地延长电容寿命。 参考文献： 1 陈英放， 李媛媛， 邓梅根.超级电容器的原理及应用J.电子 元件与材料， 2008 （4） ： 6-9. 2 许检红， 王然， 陈经坤， 等.超级电容器在电动汽车上应用的 研究进展J.电池工业， 2008， 13 （5） ： 344-348. 3 李玉鹏， 周时国， 杜颖颖.超级电容器及其在新能源汽车中 的应用J.客车技术与研究， 2014， 36 （2） ： 41-44. 4 李相哲， 苏芳， 林道勇.电动汽车动力电源系统M.北京： 化 学工业出版社， 2011. 5 张炳力， 赵韩， 张翔， 等.超级电容在混合动力电动汽车中的 应用J.汽车研究与开发， 2003 （5） ： 48-50. 6 吴勇， 于叶飞， 吴孟强， 等.超级电容器在汽车上的应用J.客 车技术与研究， 2008， 30 （1） ： 10-12. 7 QC/T 741-2006， 车用超级电容器S. 8 孟祥峰， 孙逢春， 林程， 等.动力电池循环寿命预测方法研究 J.电源技术， 2009， 33 （11） ： 955-958. 修改稿日期：2015-09-14 ! （ 上接第 46 页 ） 图 6不同充放电电流的容量衰减曲线 90A 180A 100 95 90 85 80 75 70 容量保持率 /% 050100150 天数 /d 路丹花，周雪松，杜颖颖，等：超级电容寿命影响因素的实验研究53