本發(fā)明涉及半主動懸置領域，特別涉及一種解耦膜剛度控制式半主動懸置幅變動特性建模方法。

背景技術：

懸置是用于減少并控制發(fā)動機振動的傳遞，并起到支承作用的汽車動力總成件，應用于當前汽車工業(yè)中，廣泛使用的懸置分為傳統(tǒng)的純膠懸置，以及動、靜態(tài)性能較好的液壓懸置。懸置不僅具有承載的功能，更重要的是隔離動力總成工作時產(chǎn)生的振動向車體的傳遞，以降低車內(nèi)振動和噪聲。

半主動懸置的動特性分為頻變動特性和幅變動特性。頻變動特性指的是懸置隨激振力頻率的變化而表現(xiàn)出不同的性能。幅變動特性指的是懸置隨激振力振幅的變化而表現(xiàn)出不同的性能。目前的研究主要集中于結構設計、頻變動特性分析和整車匹配等方面。傳統(tǒng)集總參數(shù)動特性模型應用較廣，常用于懸置的特性分析，但其無法表述半主動懸置的幅變特性，不能全面地研究半主動懸置的動態(tài)特性。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種半主動懸置幅變動特性建模方法，解決傳統(tǒng)集總參數(shù)動特性模型無法表述半主動懸置幅變特性的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現(xiàn)：半主動懸置幅變動特性建模方法的具體流程如下：

步驟一：根據(jù)半主動懸置的結構，建立集總參數(shù)模型，對半主動懸置及橡膠主簧進行不同振幅下的動特性試驗，分別獲得不同振幅激勵下的動特性試驗曲線；

步驟二：采用遺傳算法對半主動懸置進行參數(shù)識別；

步驟三：基于參數(shù)識別結果，對集總參數(shù)模型進行修正，確定慣性通道液感修正系數(shù)，使用冪指數(shù)模型擬合出慣性通道液阻的幅變修正系數(shù)，并應用二次多項式響應面方法獲得橡膠主簧動特性關于幅值和頻率的回歸方程；

步驟四：將修正集總參數(shù)模型的參數(shù)擬合結果帶入模型中，獲得半主動懸置修正集總參數(shù)模型的動特性仿真結果；

步驟五：將修正集總參數(shù)模型仿真結果與動特性試驗結果進行對比，驗證修正集總參數(shù)模型的準確性。

進一步的，步驟一中的半主動懸置集總參數(shù)力學模型包括7個集總參數(shù)，分別為橡膠主簧剛度、橡膠主簧阻尼、等效泵壓面積、上液室體積剛度、下液室體積剛度、慣性通道液感和慣性通道液阻。

進一步的，采用遺傳算法對半主動懸置進行參數(shù)識別方法為：以試驗獲得的動特性試驗曲線和集總參數(shù)動特性曲線的誤差的加權平均和為遺傳算法的適應度函數(shù)。

進一步的，修正集總參數(shù)模型的準確性是通過對比試驗動特性和修正集總參數(shù)模型仿真動特性進行驗證。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的半主動懸置幅變動特性建模方法，解決了經(jīng)典集總參數(shù)模型無法表述半主動懸置幅變特性的問題，使得對半主動懸置的動特性的研究更加深入和全面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種半主動懸置幅變動特性建模方法的流程圖。

圖2為半主動懸置集總參數(shù)力學模型。

圖3為本發(fā)明的參數(shù)辨識方法流程圖。

圖4為修正集總參數(shù)幅變特性動剛度仿真結果圖。

圖5為修正集總參數(shù)幅變特性滯后角仿真結果圖。

圖6為硬模式修正集總參數(shù)模型仿真與試驗動剛度對比圖。

圖7為硬模式修正集總參數(shù)模型仿真與試驗滯后角對比圖。

圖8為軟模式修正集總參數(shù)模型仿真與試驗動剛度對比圖。

圖9為軟模式修正集總參數(shù)模型仿真與試驗滯后角對比圖。

附圖中標記名稱：

1-發(fā)動機、2-車架、3-橡膠主簧等效剛度、4-橡膠主簧等效阻尼，5-等效活塞、6-上液室、7-解耦膜、8-慣性通道、9-下液室

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種技術方案：首先對半主動懸置和橡膠主簧進行不同位移振幅激勵下的動特性試驗，根據(jù)試驗結果，使用遺傳算法辨識半主動懸置的主要集總參數(shù)。根據(jù)參數(shù)識別結果，對與結構參數(shù)直接相關的理論集總參數(shù)公式進行修正，確定慣性通道液感修正系數(shù)，使用冪指數(shù)模型擬合出了慣性通道液阻的幅變修正系數(shù)，并應用二次多項式響應面方法獲得橡膠主簧動特性關于幅值和頻率的回歸方程。將修正后的集總參數(shù)帶回集總參數(shù)模型用于半主動懸置幅變動特性的分析，驗證修正集總參數(shù)模型的準確性。

如圖2所示為半主動懸置集總參數(shù)力學模型，包括發(fā)動機1、車架2、橡膠部分和流體部分。橡膠部分包括橡膠主簧等效剛度部分3和橡膠主簧等效阻尼部分4，流體部分包括等效活塞5、上液室6、解耦膜7、慣性通道8、下液室9。在振動過程中，由于上液室6和下液室9之間存在壓力差，致使液體流經(jīng)慣性通道8而產(chǎn)生沿程能量損失和入口、出口時的局部能量損失，達到衰減振動的目的。

根據(jù)半主動懸置的結構，建立集總參數(shù)模型，對半主動懸置及橡膠主簧進行動特性試驗，分別獲得不同振幅激勵下的動特性試驗曲線。

根據(jù)流體力學的動量守恒定理，有：

發(fā)動機振動位移激勵經(jīng)懸置傳遞到車身或車架上的力為：

對上述公式4進行拉氏變換，合并可得懸置的復剛度表達式如下:

其中，公式1至公式5中：Kr為橡膠主簧剛度，Br為橡膠主簧阻尼，Ap為等效活塞的面積，K1為上液室體積剛度，K2為下液室體積剛度，I為慣性通道液感，R為慣性通道液阻，體積剛度為上液室6和下液室9單位體積的變化引起變化。

其中x(t)是發(fā)動機位移激勵，F(xiàn)(t)是傳遞到車架/車身上的力,Q是慣性通道內(nèi)液體的流量。

其中s＝jw為復變量。

按照定義，懸置的動剛度為復剛度表達式的實部，懸置的阻尼角為復剛度表達式的虛部與實部比值的正切值，即：

K_d(f)＝real(K^*) (6)

其中，公式6至公式7中：f為集總參數(shù)動特性模型的參數(shù)，K_d(f)、θ(f)分別為懸置動剛度和阻尼滯后角數(shù)據(jù)，K^*為懸置復剛度，imag(K^*)為復剛度表達式的虛部，real(K^*)為復剛度表達式的實部。

如圖3所示，采用遺傳算法對半主動懸置進行參數(shù)識別，以試驗獲得的動特性曲線和集總參數(shù)動特性曲線的誤差的加權平均和為遺傳算法的適應度函數(shù)，半主動懸置的參數(shù)辨識問題轉(zhuǎn)化為在可行域內(nèi)尋找一組最優(yōu)參數(shù)使得試驗曲線和集總參數(shù)動特性曲線之間的誤差最小化。具體流程為：

(1)遺傳算法GA對參數(shù)初始值編碼，遺傳算法(GA)是根據(jù)生物進化原理，將隨機生成的樣本群作為種子。

(2)選擇，對樣本進行適應度分析選擇。

(3)交叉，舍去質(zhì)量較差的樣本，按設定的比例將適應度較低的樣本淘汰，并由質(zhì)量較高的樣本進行任意組合，得到新一代的樣本，稱之為交叉。為了保持本群的總數(shù)不變，交叉生成的樣本數(shù)與淘汰的樣本數(shù)一致。

(4)變異，為了防止計算時發(fā)生局部收斂的情況，并保持樣本多樣性，每經(jīng)過五代交叉后按比例從樣本群中隨機淘汰部分樣本，并隨機生成新的樣本進行補充。

(5)計算適應度值。

(6)若計算值滿足條件，則輸出參數(shù)辨識結果；若不滿足條件則返回至步驟(2)。

采用遺傳算法對半主動懸置進行參數(shù)識別，以試驗獲得的動特性試驗曲線和集總參數(shù)動特性曲線的誤差的加權平均和為遺傳算法的適應度函數(shù)遺傳算法。參數(shù)辨識的適應度函數(shù)的取值為：

其中公式8中：θ為集總參數(shù)動特性模型的參數(shù)，K_d、為試驗動剛度和阻尼滯后角數(shù)據(jù)，為集總參數(shù)模型計算得到的動剛度和阻尼滯后角，ω₁、ω₂為權重系數(shù)，ω₁、ω₂分別代表了動剛度和阻尼滯后角在參數(shù)辨識中的重要程度，Δ(θ)為試驗動特性曲線與集總參數(shù)動特性曲線之間的相對誤差平方和。

基于參數(shù)識別結果，對集總參數(shù)模型進行修正，確定慣性通道液感修正系數(shù)，使用冪指數(shù)模型擬合出慣性通道液阻的幅變修正系數(shù)，并應用二次多項式響應面方法獲得橡膠主簧動特性關于幅值和頻率的回歸方程。

半主動懸置幅變特性修正集總參數(shù)模型為：

K_d(f,x)＝real(K^*) (9)

R(x)＝η(x)*R₀ (11)

I＝γ*I₀ (12)

k_r(f,x)＝β₀+β₁f+β₂x+β₃f²+β₄x²+β₅fx (13)

其中公式9至公式13中，γ為慣性通道液感修正系數(shù)，I₀為慣性通道液感的理論估算值，其計算公式如下：

其中公式14中，m_i為慣性通道中液體的質(zhì)量。

不考慮幅變特性影響的慣性通道液阻，

公式15中，R₀為假設慣性通道內(nèi)液體流動為層流

液阻幅變修正系數(shù)為：

η(x)＝ax^b (16)

公式16中，η(x)為液阻幅變修正系數(shù)，其中，a和b的值可由最小二乘法確定。

如圖4、圖5所示，將修正集總參數(shù)模型的參數(shù)擬合結果帶入模型中，獲得不同振幅下半主動懸置修正集總參數(shù)模型的動特性仿真結果。其中，解耦膜氣室密閉時的狀態(tài)為硬模式，解耦膜氣室開啟與空氣聯(lián)通時的狀態(tài)為軟模式?？梢钥闯?，修正集總參數(shù)模型能夠同時反映半主動懸置的幅變和頻變特性。

圖6、圖7為不同振幅下硬模式修正集總參數(shù)模型仿真與動特性試驗結果對比，圖8、圖9為不同振幅下軟模式修正集總參數(shù)模型仿真與動特性試驗結果對比。由仿真和試驗結果的對比可知，建立的修正集總參數(shù)模型能夠準確描述半主動懸置的幅變動態(tài)性，為預測半主動懸置的動特性和整車動力學仿真奠定了良好的基礎。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點,對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。