本發明屬于車輛工程技術領域，涉及一種汽車測試技術，具體涉及一種能夠適用于存在相關性的并同時考慮激勵力和激勵力矩的汽車六自由度輪心力測試及車輛振動噪聲能量貢獻率的計算方法。
背景技術：
隨著改革開放以來我國科學技術日新月異的發展和人民生活水平的提高，在汽車等交通工具的使用越來越普及的同時，人們對汽車的NVH(噪聲、振動和聲振粗糙度)性能也提出了越來越高的要求。而識別路面對汽車的激勵并計算各自由度激勵對車輛振動噪聲的能量貢獻率，是進行汽車NVH性能開發研究及問題分析的前提。
路面對汽車輪轂中心激勵的識別屬于平穩隨機動載荷識別問題，已為廣大學者所研究，這是一個典型的求逆問題，通常采用頻響函數矩陣求逆法。而目前針對汽車輪轂中心激勵的測試中只考慮了激勵力，而并沒有考慮激勵力矩，這勢必在后續的分析中，如主成分分析、多參考傳遞路徑分析帶來誤差。而之所以沒有考慮激勵力矩，主要是因為很難通過實驗方法直接測量力矩—加速度頻響函數。而且由于汽車直線行駛時前輪與后輪經過的路面只有一個時間差，左輪與右輪懸架對稱且路面平整度基本相同，因此作用在不同車輪上的各自由度激勵間存在著較大的相關性，采用常相干系數法或者多重相干系數法計算各自由度激勵對車輛振動噪聲的能量貢獻率會引入比較大的誤差。
技術實現要素：
基于上述汽車測試技術的缺陷核問題，本發明的目的是提供一種汽車六自由度輪心力測試及振動噪聲貢獻率的計算方法，通過同時考慮路面對車輛的激勵力和激勵力矩，能夠消除汽車測試中因忽略激勵力矩而帶來的誤差；通過計算存在相關性的各自由度輪心力對車輛振動噪聲的能量貢獻率，從而避免了采用常相干系數法或者多重相干系數法帶來的誤差，解決了現有汽車測試技術存在的上述問題。
本發明所采用的技術方案是，一種汽車六自由度輪心力測試及振動噪聲貢獻率計算方法，該方法包括：建立坐標系、布置測點及安裝傳感器、布置激勵點及測量激勵點坐標、測量頻率響應函數、求解從輪轂中心到響應點的頻率響應函數矩陣、求解從輪轂中心到目標點的頻率響應函數向量、路試、求解激勵功率譜密度矩陣、驗證激勵功率譜密度矩陣識別有效性、計算各自由度激勵對目標點響應的能量貢獻率；
所述方法的具體步驟如下：
(1)建立坐標系：在駕駛員和副駕駛位置放置兩個假人或與路試人員質量相近的重物，用彈性繩繞過每個車輪將整車吊起，使與所有車輪底部相切平面保持水平；以第j個車輪的輪轂中心為原點oj，以車輛前進方向為x軸的正方向，以駕駛員左側方向為y軸的正方向，以豎直向上為z軸的正方向，建立局部空間直角坐標系oj-xyz，j＝1,2,3…n，n為車輪總數；
(2)布置測點及安裝傳感器：在每個車輪附近非旋轉位置處布置至少兩個響應點，設第i個響應點為ri，i＝1,2,3…m，在每個ri處安裝一個三向加速度傳感器；在對車輛振動噪聲關心的位置布置目標點，以目標點a為例，根據目標點a測量的物理量屬性布置相應類型的傳感器；
(3)布置激勵點及測量激勵點坐標：在第j個車輪輪轂上選擇p個激勵點,p≥3，設第j個車輪輪轂上的第k個激勵點為ejk，k＝1,2,3…p，測量其在oj-xyz中的坐標(xjk,yjk,zjk)，構建坐標矩陣Tjk：
(4)測量頻率響應函數：將力錘及各傳感器連接至數據采集器，數據采集器連接至便攜式計算機。使用力錘在各激勵點分別沿平行于oj-xyz的三個坐標軸方向敲擊，得到所有的頻率響應函數。設從激勵點ejk的正x方向到響應點ri的正x方向之間的頻率響應函數為hixjkx，從激勵點ejk的正x方向到響應點ri的正y方向之間的頻率響應函數為hiyjkx，從激勵點ejk的正x方向到響應點ri的正z方向之間的頻率響應函數為hizjkx，從激勵點ejk的正y方向到響應點ri的正x方向之間的頻率響應函數為hixjky，從激勵點ejk的正y方向到響應點ri的正y方向之間的頻率響應函數為hiyjky，從激勵點ejk的正y方向到響應點ri的正z方向之間的頻率響應函數為hizjky，從激勵點ejk的正z方向到響應點ri的正x方向之間的頻率響應函數為hixjkz，從激勵點ejk的正z方向到響應點ri的正y方向之間的頻率響應函數為hiyjkz，從激勵點ejk的正z方向到響應點ri的正z方向之間的頻率響應函數為hizjkz，它們組成了從激勵點ejk到響應點ri的頻響矩陣Hijk；設從激勵點ejk的正x方向到目標點a的頻率響應函數為hajkx，從激勵點ejk的正y方向到目標點a的頻率響應函數為hajky，從激勵點ejk的正z方向到目標點a的頻率響應函數為hajkz，它們組成了從激勵點ejk到目標點a的頻率響應函數向量Hajk：
Hajk＝[hajkx hajky hajkz]；
(5)求解從輪轂中心到響應點的頻率響應函數矩陣：從oj到ri的頻響矩陣為
其中，Bij＝[Hij1 … Hijk … Hijp]，Tj＝[Tj1 … Tjk … Tjp]，
上標T表示轉置，上標-1表示矩陣求逆，
所有的Hij組成了從輪轂中心到響應點的頻率響應函數矩陣H：
(6)求解從輪轂中心到目標點的頻率響應函數向量：從oj到目標點a的頻率響應函數向量為
其中Baj＝[Haj1 … Hajk … Hajp]，
所有的Haj組成了從輪轂中心到目標點的頻率響應函數向量，
HA＝[Ha1 … Han]；
(7)路試：保持各響應點及目標點傳感器位置及數據采集器各通道連接不變，除去力錘，車輛駕駛員及副駕駛位置坐人，后排座椅空出，使車輛在發動機熄火、變速器掛空擋的狀態下在路面以恒定車速行駛，采集各測點時域信號；利用實測時域信號計算響應點響應功率譜密度矩陣Syy和目標點響應功率譜密度G'yy；
(8)求解激勵功率譜密度矩陣：激勵功率譜密度矩陣Sxx＝H*+·Syy·HT+，其中上標*表示復共軛，上標T表示轉置，上標+表示廣義逆矩陣，采用截斷奇異值分解法求解；
(9)驗證激勵功率譜密度矩陣識別有效性：計算目標點響應功率譜密度與實測目標點響應功率譜密度G'yy比較，在二者一致性良好的頻段，認為激勵識別是有效的；
(10)計算各自由度激勵對目標點響應的能量貢獻率：設Sxx的奇異值分解表示為Sxx＝U·Sx'x'·UH，其中U為奇異向量矩陣，Sx'x'為奇異值矩陣，上標H表示共軛轉置；激勵i對目標點響應y的能量貢獻率為：
其中uii'為U的第i行、第i'列的元素；Gyi'為中的第i'個元素；Si'i'為Sx'x'的對角線上第i'個元素。
本發明所述的一種汽車六自由度輪心力測試及振動噪聲貢獻率計算方法，其特征還在于：
所述方法同時考慮了輪轂中心的激勵力和激勵力矩。
所述方法采用截斷奇異值分解法來求廣義逆矩陣。
所述方法采用虛相干系數法來計算各自由度激勵對目標點響應的能量貢獻率。
本發明汽車六自由度輪心力測試及振動噪聲貢獻率計算方法，與現有技術相比具有如下優點：
(1)能夠同時考慮路面對車輛的激勵力和激勵力矩，從而消除了現有技術中因忽略激勵力矩而帶來的誤差；
(2)能夠計算存在相關性的各自由度輪心力對車輛振動噪聲的能量貢獻率，從而避免了采用常相干系數法或者多重相干系數法帶來的誤差。
附圖說明
圖1是本發明測試計算方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
一種汽車六自由度輪心力測試及振動噪聲貢獻率計算方法，如圖1所示，該方法包括：建立坐標系、布置測點及安裝傳感器、布置激勵點及測量激勵點坐標、測量頻率響應函數、求解從輪轂中心到響應點的頻率響應函數矩陣、求解從輪轂中心到目標點的頻率響應函數向量、路試、求解激勵功率譜密度矩陣、驗證激勵功率譜密度矩陣識別有效性、計算各自由度激勵對目標點響應的能量貢獻率。
本發明汽車六自由度輪心力測試及振動噪聲貢獻率計算方法擬通過力錘激勵法測試所有輪轂激勵點到懸掛下靠近車輪的響應點處的頻率響應函數，以及路試采集各響應點的時域信號，最終得到路面激勵功率譜密度矩陣并計算路面激勵對車輛振動噪聲的能量貢獻率。
其具體測試步驟如下：
(1)建立坐標系：在駕駛員和副駕駛位置放置兩個假人或與路試人員質量相近的重物，用彈性繩繞過每個車輪將整車吊起，使與所有車輪底部相切平面保持水平；以第j個車輪的輪轂中心為原點oj，以車輛前進方向為x軸的正方向，以駕駛員左側方向為y軸的正方向，以豎直向上為z軸的正方向，建立局部空間直角坐標系oj-xyz，j＝1,2,3…n，n為車輪總數。
(2)布置測點及安裝傳感器：在每個車輪附近非旋轉位置處布置至少兩個響應點，設第i個響應點為ri，i＝1,2,3…m，在每個ri處安裝一個三向加速度傳感器；在對車輛振動噪聲關心的位置布置目標點，這里以目標點a為例，根據目標點a測量的物理量屬性布置相應類型的傳感器。
(3)布置激勵點及測量激勵點坐標：在第j個車輪輪轂上選擇p個激勵點,p≥3，設第j個車輪輪轂上的第k個激勵點為ejk，k＝1,2,3…p，測量其在oj-xyz中的坐標(xjk,yjk,zjk)，構建坐標矩陣Tjk：
(4)測量頻率響應函數：將力錘及各傳感器連接至數據采集器，數據采集器連接至便攜式計算機。使用力錘在各激勵點分別沿平行于oj-xyz的三個坐標軸方向敲擊，得到所有的頻率響應函數。設從激勵點ejk的正x方向到響應點ri的正x方向之間的頻率響應函數為hixjkx，從激勵點ejk的正x方向到響應點ri的正y方向之間的頻率響應函數為hiyjkx，從激勵點ejk的正x方向到響應點ri的正z方向之間的頻率響應函數為hizjkx，從激勵點ejk的正y方向到響應點ri的正x方向之間的頻率響應函數為hixjky，從激勵點ejk的正y方向到響應點ri的正y方向之間的頻率響應函數為hiyjky，從激勵點ejk的正y方向到響應點ri的正z方向之間的頻率響應函數為hizjky，從激勵點ejk的正z方向到響應點ri的正x方向之間的頻率響應函數為hixjkz，從激勵點ejk的正z方向到響應點ri的正y方向之間的頻率響應函數為hiyjkz，從激勵點ejk的正z方向到響應點ri的正z方向之間的頻率響應函數為hizjkz，它們組成了從激勵點ejk到響應點ri的頻響矩陣Hijk；設從激勵點ejk的正x方向到目標點a的頻率響應函數為hajkx，從激勵點ejk的正y方向到目標點a的頻率響應函數為hajky，從激勵點ejk的正z方向到目標點a的頻率響應函數為hajkz，它們組成了從激勵點ejk到目標點a的頻率響應函數向量Hajk：
Hajk＝[hajkx hajky hajkz]。
(5)求解從輪轂中心到響應點的頻率響應函數矩陣：從oj到ri的頻響矩陣為
其中，Bij＝[Hij1 … Hijk … Hijp]，Tj＝[Tj1 … Tjk … Tjp]，
上標T表示轉置，上標-1表示矩陣求逆；所有的Hij組成了從輪轂中心到響應點的頻率響應函數矩陣H：
(6)求解從輪轂中心到目標點的頻率響應函數向量：從oj到目標點a的頻率響應函數向量為
其中Baj＝[Haj1 … Hajk … Hajp]，
所有的Haj組成了從輪轂中心到目標點的頻率響應函數向量HA＝[Ha1 … Han]。
(7)路試：保持各響應點及目標點傳感器位置及數據采集器各通道連接不變，除去力錘，車輛駕駛員及副駕駛位置坐人，后排座椅空出，使車輛在發動機熄火、變速器掛空擋的狀態下在路面以恒定車速行駛，采集各測點時域信號；利用實測時域信號計算響應點響應功率譜密度矩陣Syy和目標點響應功率譜密度G'yy。
(8)求解激勵功率譜密度矩陣：激勵功率譜密度矩陣Sxx＝H*+·Syy·HT+，其中上標*表示復共軛，上標T表示轉置，上標+表示廣義逆矩陣，采用截斷奇異值分解法求解。
(9)驗證激勵功率譜密度矩陣識別有效性：計算目標點響應功率譜密度與實測目標點響應功率譜密度G'yy比較，在二者一致性良好的頻段，認為激勵識別是有效的。
(10)計算各自由度激勵對目標點響應的能量貢獻率：設Sxx的奇異值分解表示為Sxx＝U·Sx'x'·UH，其中U為奇異向量矩陣，Sx'x'為奇異值矩陣，上標H表示共軛轉置；激勵i對目標點響應y的能量貢獻率為其中uii'為U的第i行、第i'列的元素；Gyi'為中的第i'個元素；Si'i'為Sx'x'的對角線上第i'個元素。
上述實施方式只是本發明的一個實例，不是用來限制發明的實施與權利范圍，凡依據本發明申請專利保護范圍所述的內容做出的等效變化和修飾，均應包括在本發明申請專利范圍內。