一種液壓懸置的建模方法與流程

本發明屬于汽車技術領域，特別涉及一種液壓懸置的建模方法。

背景技術：

液壓懸置是一種汽車上的隔振裝置，安裝在發動機和車架之間，從而使得液壓懸置不但能夠降低發動機傳遞至車架的振動，還可以降低發動機受到的來自外部的振動。

汽車在啟動后，將產生的十分復雜的振動反應，液壓懸置將受到各種不同的激勵振源的影響，其中，既有來自發動機內部的點火激勵、慣性力激勵和轉矩激勵等，也有來發動機外部的懸掛激勵和轉向激勵等，并且，由于液壓懸置是典型的非線性系統，其動態特征隨著激勵振幅和激勵頻率的改變而改變，因此，如果想要開發一個能夠良好的吸收各種振動的液壓懸置，需要不斷的嘗試和調校。

為了便于對液壓懸置進行開發，一般會建立液壓懸置的仿真模型，然后將仿真模型帶入復雜的整車模型中進行仿真計算，以得到符合設計要求的液壓懸置，從而代替臺架實驗，縮短開發周期。現在的建模方法(建立仿真模型的方法)通常為先根據液壓懸置的結構，建立液壓懸置的物理模型，然后通過多次試驗獲取模型參數，以得到仿真模型，然而，由于液壓懸置的結構較為復雜，所以仿真模型的建立過程十分繁瑣，且在獲取仿真模型后，為了提高仿真模型的精準度，需要考慮更多的非線性因素，但非線性因素很難直接給出理論推導的解析表達式，必須依靠大量的實驗進行擬合，導致很難提高仿真模型的精準度。

技術實現要素：

為了解決仿真模型的精準度不易提高的問題，本發明實施例提供了一種液壓懸置的建模方法。所述技術方案如下：

本發明實施例提供了一種液壓懸置的建模方法，所述建模方法包括：

基于假設條件，建立液壓懸置的物理模型，所述液壓懸置包括橡膠主簧、上液室、下液室和慣性通道，所述假設條件包括忽略所述橡膠主簧的質量、假設所述上液室和所述下液室的體積彈性均呈線性變化、假設所述上液室和所述下液室的體積剛度為常數、假設所述慣性通道內部各處受到的液體壓力相等；

根據所述物理模型，建立有限元模型；

以所述有限元模型為基礎，通過直接搜索尋優的方法進行系統識別，獲取模型參數，以得到仿真模型。

進一步地，建立所述液壓懸置的物理模型，包括：

將所述液壓懸置分為機械部分和液體部分，所述機械部分包括橡膠主簧，所述液體部分包括所述液壓懸置內部的液體；

獲取所述機械部分和所述液體部分的各項參數，以通過所述各項參數表述所述物理模型，所述機械部分的參數包括所述橡膠主簧的剛度系數和阻尼系數來表述，所述液體部分的參數包括所述液壓懸置內部的液體的壓力、體積和流量表述。

進一步地，根據所述物理模型，建立有限元模型，包括：

所述有限元模型包括彈簧單元、結構阻尼單元、流體黏性阻尼單元和質量單元。

進一步地，所述彈簧單元通過所述橡膠主簧的剛度和所述上液室的體積剛度確定；所述結構阻尼單元通過所述橡膠主簧的阻尼確定；所述流體黏性阻尼通過所述上液室內的液體的阻尼系數、所述慣性通道的阻尼系數、所述上液室和所述下液室的流體阻尼確定；所述質量單元通過所述慣性通道和所述液壓懸置內的液體的質量確定。

進一步地，所述有限元模型通過有限元前處理軟件建立，所述有限元前處理軟件為NASTRAN或Hypermesh。

進一步地，通過直接搜索尋優的方法進行系統識別，包括：

通過全局搜索尋優的差分進化算法對所述有限元模型進行系統識別。

進一步地，通過全局搜索尋優的差分進化算法對所述有限元模型進行系統識別，包括：

約束所述有限元模型一端的全部自由度；

在所述有限元模型的另一端施加激勵，以得到所述有限元模型輸出的振動響應；

通過優化軟件建立優化變量和優化目標，并進行迭代計算，以獲取所述模型參數，所述優化目標為所述液壓懸置的動態特性曲線。

進一步地，所述激勵為基于正弦激勵的強迫振動。

進一步地，所述優化軟件為Optimus優化軟件。

進一步地，所述進行迭代計算，包括：

通過反復調整優化變量，使得所述有限元模型受到的激勵和輸出的振動響應之間的關系不斷逼近所述優化目標，以得到與所述優化目標擬合的模型參數。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過對待建模的液壓懸置的部件進行簡化和假設，以達到簡化液壓懸置的結構的目的，從而簡化了建模的過程，進一步地通過簡化和假設后的液壓懸置建立物理模型，以通過物理模型建立液壓懸置的有限元模型，更進一步地對有限元模型進行系統識別，由于系統識別是一種在系統輸入一定的情況下，根據系統輸出的實際數據來估算模型的參數(使得模型的輸出響應和實際的輸出響應趨近一致)的建模方法，從而避免了大量的實驗，進而能夠更為容易的提高仿真模型的精準度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一提供的建模方法的流程圖；

圖2是本發明實施例二提供的建模方法的流程圖；

圖3是本發明實施例二提供的液壓懸置模型示意圖

圖4是本發明實施例二提供的系統識別的模型示意圖

圖5是本發明實施例二提供的液壓懸置模型動剛度對標結果曲線圖；

圖6是本發明實施例二提供的液壓懸置模型阻尼對標結果曲線圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發明實施例提供了一種液壓懸置的建模方法，該方法適用于液壓懸置在受到低頻激振時的仿真分析，如圖1所示，該建模方法包括：

步驟101：基于假設條件，建立液壓懸置的物理模型。

其中，液壓懸置包括橡膠主簧、上液室、下液室和慣性通道。

具體地，液壓懸置還包括解耦膜和底膜，橡膠主簧、解耦膜和慣性通道構成上液室，解耦膜、慣性通道和底膜構成下液室，上液室和下液室內均充滿液體。

下面簡單介紹一下液壓懸置的工作原理：

解耦膜具有變剛度的特性，其剛度隨變形和激振頻率的改變而改變，當激振頻率較低、振幅較大時，解耦膜形成微小變形，使得大量液體可以通過慣性通道在上液室和下液室內流動，所以慣性通道中的液體振動慣性力產生的阻尼可以起到減振作用，當激振頻率較高、振幅較小時，解耦膜形成較大變形，以起到減振作用。

在本實施例中，假設條件包括忽略橡膠主簧的質量、假設上液室和下液室的體積彈性均呈線性變化、假設上液室和下液室的體積剛度(壓力變化和體積變化的比值)為常數、假設慣性通道內部各處受到的液體壓力相等。

步驟102：根據物理模型，建立有限元模型。

步驟103：以有限元模型為基礎，通過直接搜索尋優的方法進行系統識別，獲取模型參數，以得到仿真模型。

通過對待建模的液壓懸置的部件進行簡化和假設，以達到簡化液壓懸置的結構的目的，從而簡化了建模的過程，進一步地通過簡化和假設后的液壓懸置建立物理模型，以通過物理模型建立液壓懸置的有限元模型，更進一步地對有限元模型進行系統識別，由于系統識別是一種在系統輸入一定的情況下，根據系統輸出的實際數據來估算模型的參數(使得模型的輸出響應和實際的輸出響應趨近一致)的建模方法，從而避免了大量的實驗，進而能夠更為容易的提高仿真模型的精準度。

實施例二

本發明實施例提供了一種液壓懸置的建模方法，該方法適用于液壓懸置在受到低頻激振時的仿真分析，如圖2所示，該建模方法包括：

步驟201：基于假設條件，建立液壓懸置的物理模型。

其中，液壓懸置包括橡膠主簧、上液室、下液室和慣性通道。

具體地，液壓懸置還包括解耦膜和底膜，橡膠主簧、解耦膜和慣性通道構成上液室，解耦膜、慣性通道和底膜構成下液室，上液室和下液室內均充滿液體。

在上述實現方式中，假設條件包括忽略橡膠主簧的質量、假設上液室和下液室的體積彈性均呈線性變化、假設上液室和下液室的體積剛度為常數、假設慣性通道內部各處受到的液體壓力相等。

需要說明的是，由于橡膠主簧是一種粘彈性(同時具有黏性和彈性)構件，所以其特性是非線性的，在橡膠主簧受到高頻激振的情況下，需要考慮其受到的駐波效應(橡膠因高頻率的發生拉伸和收縮而快速老化)影響，此時橡膠主簧的自身質量是不能忽略的，但本實施例所提供的建模方法適用于液壓懸置在受到低頻激振時的仿真分析，所以可以忽略橡膠主簧的質量；

由于上液室和下液室的體積剛度會隨其體積的變化而發生變化，但變化非常的小，所以可以將此變化忽略，即將上液室和下液室的體積剛度夾設為常數；

假設慣性通道內部各處受到的液體壓力相等，即是指的慣性通道中部內壁及進、出口處的截面積相同，慣性通道內部的液體以層流(流體流動時，如果流體質點的軌跡是有規則的光滑曲線，那么這種流動叫層流)的形式流動，且液體的阻力系數為常數。

具體地，步驟201可以通過如下方式實現：

首先，將液壓懸置分為機械部分和液體部分，機械部分包括橡膠主簧，液體部分包括液壓懸置內部的液體。

然后，獲取機械部分和液體部分的各項參數，以通過各項參數表述物理模型。

其中，機械部分的參數包括橡膠主簧的剛度系數和阻尼系數來表述，液體部分的參數包括液壓懸置內部的液體的壓力、體積和流量表述。

步驟202：根據物理模型，建立有限元模型。

具體地，有限元模型為參數有限元模型，該有限元模型將可以突出液壓懸置的動態特性的結構以參數值的形式表示出來，這些結構可以為橡膠主簧、上液室、下液室、慣性通道和解耦膜，參見圖3，有限元模型包括彈簧單元、結構阻尼單元、流體黏性阻尼單元和質量單元，

彈簧單元包括第一彈簧單元11和第二彈簧單元12，第一彈簧單元11用于表示橡膠主簧的剛度K_m，第二彈簧單元12用于表示解耦膜的剛度K_h，

結構阻尼單元包括第一結構阻尼單元21和第二結構阻尼單元22，第一結構阻尼單元21用于表示橡膠主簧的與體積剛度變化相關的阻尼G_m，第二結構阻尼單元22用于表示解耦膜的阻尼G_h，

流體黏性阻尼單元包括第一流體黏性阻尼單元31、第二流體黏性阻尼單元32和第三流體黏性阻尼單元33，第一流體黏性阻尼單元31用于表示橡膠主簧的阻尼C_m，第二流體黏性阻尼單元32用于表示液壓懸置內的液體流經解耦膜時的流動阻尼C_h，第三流體黏性阻尼單元33用于表示液壓懸置內的液體流經慣性通道時的流動阻尼C_h1，

質量單元包括第一質量單元41和第二質量單元42，第一質量單元41用于表示液壓懸置承載的總質量M₁，第二質量單元42用于表示慣性通道及其內部的液體的質量M_h。

在上述實現方式中，第一彈簧單元11、第一結構阻尼單元21和第一流體黏性阻尼單元31用于共同表示橡膠主簧的動態特性；第二彈簧單元12、第二結構阻尼單元22和第二流體黏性阻尼單元32用于共同表示解耦膜的動態特性；第三流體黏性阻尼單元33用于表示慣性通道的動態特性。

在本實施例中，彈簧單元通過橡膠主簧的剛度和上液室的體積剛度確定，上液室的體積剛度通過橡膠主簧體積剛度變化相關的阻尼變化來表示；結構阻尼單元通過橡膠主簧的阻尼確定；流體黏性阻尼通過上液室內的液體的阻尼系數、慣性通道的阻尼系數、上液室和下液室的流體阻尼確定；質量單元通過慣性通道和液壓懸置內的液體的質量確定。

優選地，有限元模型通過有限元前處理軟件建立，有限元前處理軟件可以為NASTRAN或Hypermesh。

步驟203：以有限元模型為基礎，通過直接搜索尋優的方法進行系統識別，獲取模型參數，以得到仿真模型。

優選地，可以通過全局搜索尋優的差分進化算法對有限元模型進行系統識別。

具體地，步驟203可以通過如下方式實現：

首先，約束有限元模型一端的全部自由度。

然后，在有限元模型的另一端施加激勵，以得到有限元模型輸出的振動響應。在上述實現方式中，激勵為基于正弦激勵的強迫振動。

接著，對試驗液壓懸置(已有的實體液壓懸置)施加激勵，以得到試驗液壓懸置的動態特征。

最后，通過優化軟件建立優化變量和優化目標，并進行迭代計算，以獲取模型參數，優化變量為有限元模型的各項參數值，優化目標為試驗液壓懸置的動態特性。

優選地，優化軟件為Optimus優化軟件。

在上述實現方式中，迭代計算可以通過如下方式實現：

通過反復調整優化變量，使得有限元模型受到的激勵和輸出的振動響應之間的關系不斷逼近優化目標，以得到與優化目標擬合的模型參數。

圖4為系統識別的模型示意圖，參見圖4，在上述實現方式中，步驟203可以通過如下更具體地方式實現：

將有限元模型的各項參數值輸入InputArray1區域，將試驗液壓懸置的動態特性輸入test區域，InputArray區域的數據通過Action1區域調用的Nastran軟件進行仿真計算，以得到仿真結果(有限元模型輸出的振動響應)，其中包括頻率(calchz)、動剛度曲線(calck)和阻尼曲線(calcdgree)，而試驗液壓懸置的測試結果同樣可以包括頻率(hz.txt)、動剛度曲線(k.txt)和阻尼曲線(dgree.txt)，kabserror區域為測試結果和仿真結果的動剛度曲線之間的所有差值(如圖5所示)，kymax為測試結果和仿真結果的動剛度曲線之間的差值的最大值，kysum區域為測試結果和仿真結果的動剛度曲線之間的差值總和的上限值，degreeerror區域為測試結果和仿真結果的阻尼曲線之間的所有差值(如圖6所示)，degreeymax區域為測試結果和仿真結果的阻尼曲線之間的差值的最大值，degreeysum區域為測試結果和仿真結果的阻尼曲線之間的差值總和的上限值，通過上述數值進行全局優化，獲取滿足優化目標的模型參數，以得到仿真模型。

通過對待建模的液壓懸置的部件進行簡化和假設，以達到簡化液壓懸置的結構的目的，從而簡化了建模的過程，進一步地通過簡化和假設后的液壓懸置建立物理模型，以通過物理模型建立液壓懸置的有限元模型，更進一步地對有限元模型進行系統識別，由于系統識別是一種在系統輸入一定的情況下，根據系統輸出的實際數據來估算模型的參數(使得模型的輸出響應和實際的輸出響應趨近一致)的建模方法，從而避免了大量的實驗，進而能夠更為容易的提高仿真模型的精準度。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。