時(shí) 磊，殷金祥

積分法相對位移測量在汽車NVH性能開發(fā)中的應(yīng)用

時(shí) 磊，殷金祥

（濰柴動(dòng)力上海研發(fā)中心，上海 201114）

在汽車NVH性能開發(fā)過程中，各減振系統(tǒng)的相對位移是一項(xiàng)重要的評價(jià)指標(biāo)。傳統(tǒng)式位移傳感器不能夠進(jìn)行狹小空間位移測量，并且需要制作輔助夾具才能夠進(jìn)行位移傳感器安裝，試驗(yàn)效率低且成本高。文章提出的積分法相對位移測量方法，只需要利用通用的加速度傳感器采集被測試部位的振動(dòng)加速度信號，然后對信號進(jìn)行濾波和積分處理即可獲得測試部位的相對位移，試驗(yàn)效率高且成本低。目前，積分法相對位移測量法已經(jīng)在汽車NVH性能開發(fā)過程中得到了很好的驗(yàn)證和應(yīng)用。

減振系統(tǒng)；位移；相對位移；積分法

前言

在汽車NVH性能開發(fā)過程中，駕駛室懸置、底盤懸架、動(dòng)力總成懸置等各減振系統(tǒng)的相對位移是一項(xiàng)重要的評價(jià)指標(biāo)，相對位移的測量在汽車NVH性能開發(fā)試驗(yàn)中占有重要的比重。本文提出的積分法相對位移測量法是一種全新的相對位移測量和計(jì)算方法，只需要利用通用的加速度傳感器采集各減振系統(tǒng)的時(shí)域信號，然后對采集的時(shí)域信號進(jìn)行兩次濾波和兩次積分處理，最后對同一方向上的位移量進(jìn)行相減，即可得到該方向上的相對位移。積分法相對位移方法與傳統(tǒng)式（拉線式和激光式）相對位移測量方法相比更簡單、測量結(jié)果精度更高、更高效且實(shí)用，積分法相對位移測量方法可以大大提高工作效率、降低新產(chǎn)品開發(fā)成本。

1 積分法相對位移測量方法

積分法相對位移測量方法不同于傳統(tǒng)的相對位移測量方法，是通過長期工作經(jīng)驗(yàn)摸索出的一種高效且準(zhǔn)確的相對位移測量及計(jì)算方法[1-2]。

圖1 積分法相對位移測量及數(shù)據(jù)處理流程

首先要利用加速度傳感器測量汽車各減振系統(tǒng)主動(dòng)端和被動(dòng)端的振動(dòng)加速度隨機(jī)信號，對采集得到的減振系統(tǒng)主動(dòng)端和被動(dòng)端的加速度信號進(jìn)行高通濾波，然后進(jìn)行一次積分，得到速度信號，再對速度信號進(jìn)行高通濾波，再次進(jìn)行積分，最后得到各減振系統(tǒng)主動(dòng)端和被動(dòng)端的位移量，對同一方向的主動(dòng)端的位移量與被動(dòng)端的位移量相減，即可得到該減振系統(tǒng)每個(gè)方向（測點(diǎn)方向按照整車坐標(biāo)系定義）上的相對位移。積分法相對位移測量及數(shù)據(jù)處理的流程如圖1所示。

積分法與傳統(tǒng)的相對位移測量方法相比，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.1 加速度傳感器安裝和標(biāo)定方便、快捷

測量時(shí)不需要專門設(shè)計(jì)制作傳感器安裝夾具，只需要將加速度傳感器安裝在被測試的位置即可，傳感器標(biāo)定簡單。

1.2 測量精度較高

測量精度較高，可采集的頻率范圍為0 Hz～1 024 Hz。

下面是利用積分法與拉線式位移傳感器法分別測量的某載貨汽車動(dòng)力總成左前懸置主被動(dòng)端的相對位移，二者誤差為2.33%，如表1所示。

表1 某載貨汽車動(dòng)力總成左前懸置主被動(dòng)端積分法與拉線式位移傳感器法測量的相對位移結(jié)果比較

測量方法最大值最小值誤差 積分法12.320 66－12.429 22.33% 拉線式位移傳感器12.536 25－12.146 6

注：誤差=（積分法測量值-拉線式位移傳感器測量值）/拉線式位移傳感器測量值×100%

1.3 測量范圍大、局限性小

測量動(dòng)態(tài)范圍大，可進(jìn)行相對位移變化量從幾毫米到米級的測量。

不受測試空間局限，可進(jìn)行狹小空間的相對位移測量，如動(dòng)力總成懸置和進(jìn)排氣系統(tǒng)吊掛的測試。

1.4 測量成本低、效率高

同樣的工作量，傳統(tǒng)式位移傳感器法試驗(yàn)測量及數(shù)據(jù)處理需要3天～4天完成，而積分法只需1.5天。

2 基于LMS Test.Lab軟件的積分法相對位移測量及數(shù)據(jù)處理

2.1 積分法相對位移測量及數(shù)據(jù)處理

首先利用LMS Test.Lab數(shù)據(jù)采集器采集被測試部位的加速度信號，然后用LMS Test.Lab分析軟件，按照積分法相對位移數(shù)據(jù)處理流程對信號進(jìn)行處理分析，具體操作按照圖2—圖4進(jìn)行，即可獲得測量部位的相對位移。

根據(jù)測點(diǎn)位置不同，測點(diǎn)濾波設(shè)置不同，可參照表2中的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行濾波器的設(shè)置。

表2 濾波器設(shè)置

序號測點(diǎn)位置濾波器設(shè)置 1車身懸置、底盤懸架系統(tǒng)、座椅減振系統(tǒng)FILTER_BP(ch01;0.5Hz;100Hz;1;IIR(1)) 2動(dòng)力總成懸置、進(jìn)排氣吊掛、傳動(dòng)軸中間支撐FILTER_BP(ch01;1Hz;1000Hz;1;IIR(1))

圖2 將加速度時(shí)域信號放到籃子里

圖3 在“Time Data Selection”窗口中，對加速度時(shí)域信號進(jìn)行濾波和積分

圖4 在“Time Data Selection”窗口中，統(tǒng)計(jì)出測量位置的相對位移

3 實(shí)例分析

3.1 問題描述

某載貨車（空載）在平直瀝青路（A級路面）上以55 km/h行駛時(shí)駕駛室低頻（5.88 Hz）俯仰振動(dòng)明顯，主觀評價(jià)不能接受。

3.2 問題分析

針對55 km/h行駛時(shí)駕駛室低頻抖動(dòng)問題，初步分析是駕駛室向和向的位移偏大導(dǎo)致的，按照這一思路對該車主觀評價(jià)和積分法駕駛室位移測試分析。

主觀評價(jià)為該車在車速55 km/h時(shí)存在明顯的駕駛室低頻俯仰振動(dòng)，人體主觀感覺不能接受；然后利用積分法測量駕駛室相對于車架的相對位移，分析得出駕駛室相對于車架向和向的位移偏大，分析認(rèn)為該車的抖動(dòng)是由駕駛室相對于車架向和向的位移偏大引起的。

依據(jù)主客觀的分析，認(rèn)為是該車的后懸架的剛度偏大，車輛以55 km/h行駛時(shí)，受路面隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)，激起車架的一階垂向彎曲模態(tài)（6 Hz），從而導(dǎo)致了駕駛室低頻俯仰振動(dòng)，測試結(jié)果詳見表3。

表3 原車狀態(tài)行駛抖動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

分析頻率范圍：0 Hz～90 Hz駕駛室B柱測點(diǎn)振動(dòng)主頻駕駛室B柱參考點(diǎn)相對前懸架被動(dòng)端的相對位移/mm 55 km/h（抖動(dòng)車速）5.9 HzMaxMin 12.4(X向)－12.1(X向) 7.6(Z向)－7.6(Z向)

3.3 處理措施

根據(jù)某載貨車（空載）原車狀態(tài)行駛抖動(dòng)試驗(yàn)分析結(jié)論，制定了問題改善方案，利用積分法相對位移分析方法和常規(guī)NVH試驗(yàn)分析方法對改善方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，改善方案詳見表4。

表4 改善方案

項(xiàng)目改善方案 內(nèi)容原車后板簧 改善方案：在原車基礎(chǔ)上，更換后板簧為少片簧狀態(tài)，主簧剛度降低7%

3.4 改善效果

某載貨汽車上改善改善方案（后板簧少片簧狀態(tài)，主簧剛度降低7%）后，主觀評價(jià)在抖動(dòng)車速55 km/h時(shí)駕駛室低頻俯仰振動(dòng)現(xiàn)象消失，乘坐舒適性[3]比改善前有明顯提升，抖動(dòng)問題得以解決，客觀測試駕駛室的位移比改善前有明顯改善，改善結(jié)果詳見表5、圖5和圖6。

表5 改善效果

分析頻率范圍：0 Hz～90 Hz駕駛室B柱測點(diǎn)振動(dòng)主頻駕駛室B柱參考點(diǎn)相對前懸架被動(dòng)端的相對位移/mm 55 km/h（抖動(dòng)車速）6.9 Hz，比原車提高1 HzMaxMin 9.7(X向)，改善21.8%－7.4(X向)，改善38.8% 6.5(Z向)，改善14.1%－7.0(Z向)，改善0.3%

圖5 駕駛室B柱參考點(diǎn)相對于前懸架被動(dòng)端的X向相對位移改善效果

圖6 駕駛室B柱參考點(diǎn)相對于前懸架被動(dòng)端的Z向相對位移改善效果

4 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了一種全新的相對位移測量方法，即積分法。并闡述了積分法相對位移測量和數(shù)據(jù)處理流程，以及在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用。如果積分法相對位移測量方法能夠在今后的產(chǎn)品開發(fā)過程中推廣應(yīng)用，一定會(huì)發(fā)揮其精度高、成本低、效率低和實(shí)用性的優(yōu)勢。

[1] 劉顯臣.汽車NVH綜合技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.

[2] 譚祥軍.從這里學(xué)NVH:噪聲,振動(dòng),模態(tài)分析的入門與進(jìn)階[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2018.

[3] 國家質(zhì)檢總局.汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法:GB/ T4970 [S].北京:中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn),1996.

Application of Integral Method of Relative Displacement Measurement in Vehicle NVH Performance Development

SHI Lei, YIN Jinxiang

( Weichai Power Co., Ltd., Shanghai R&D Center, Shanghai 201114 )

In the development of vehicle NVH performance,the relative displacement of each damping system is an important evaluation index. The traditional displacement sensor cannot measure the displacement in a narrow space, and need to make auxiliary fixture to be able to install the displacement sensor, low test efficiency and high cost; the relative displacement measurement method proposed in this article, only need to use a general acceleration sensor to collect the vibration acceleration signal of the measured part, then filter and integrate the acceleration signal to obtain the displacement of the tested part, and finally obtain the relative displacement of the tested part through arithmetic calculation, high test efficiency and low cost. At present, the relative displacement measurement method of integral method has been well verified and applied in the development of vehicle NVH performance.

Damping system; Displacement; Relative displacement; Integral method

A

1671-7988(2022)01-132-04

TB535

A

1671-7988(2022)01-132-04

CLC NO.: TB535

時(shí)磊（1978.04—），男，中級工程師，就職于濰柴動(dòng)力上海研發(fā)中心，研究方向：整車NVH開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.030