基于Blocked force方法的结构振动响应预测_刘念思.pdf

􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈􀪈 􀪈 振 动 与 冲 击 第 ３９ 卷第 ２１ 期ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫＶｏｌ． ３９ Ｎｏ．２１ ２０２０ 基金项目江西省汽车噪声与振动重点实验室 ２０１９ 年度开放基金 （ＪＸＮＶＨＫＢ⁃ＫＦＫＴ⁃２０１８０１） 收稿日期 ２０１９ －０６ －２８ 修改稿收到日期 ２０１９ －０９ －１１ 第一作者 刘念思 男，硕士，１９９３ 年生 通信作者 翁建生 男，博士，副教授，１９６０ 年生 基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的结构振动响应预测 刘念思１， 翁建生１， 郑子健２ （１． 南京航空航天大学 能源与动力学院，南京 ２１００００； ２． 博世汽车部件有限公司 噪音实验室，江苏 苏州 ２１５０００） 摘 要振动噪声源特性识别一直是汽车开发中的重要任务，针对传统传递路径分析中获取激励的局限性，提出 了基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的传递路径分析方法，可以直接测得等效力代替激励源分析结构振动。 对 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法进 行理论推导，验证了理论的准确性。 针对电子制动助力器工作激励引起的结构噪声问题进行应用研究，选取前围板振动 加速度作为研究对象。 结果表明，该方法预测的前围板振动响应和试验测试值吻合，验证了 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的工程可 行性，为整车开发中电子制动助力器结构噪声优化提供理论依据。 关键词 传递路径分析；结构噪声；Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ；响应预测 中图分类号 Ｕ４６７． ３ 文献标志码 ＡＤＯＩ１０． １３４６５／ ｊ． ｃｎｋｉ． ｊｖｓ． ２０２０． ２１． ０１７ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ＬＩＵ Ｎｉａｎｓｉ１， ＷＥＮＧ Ｊｉａｎｓｈｅｎｇ１， ＺＨＥＮＧ Ｚｉｊｉａｎ２ （１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００００， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｎｏｉｓｅ Ｌａｂ， Ｂｏｓｃｈ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｓｕｚｈｏｕ） Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｓｕｚｈｏｕ ２１５０００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ⁃ｎｏｉｓｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔａｓｋ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓ． Ｈｅｒｅ， ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｃｑｕｉｒｉｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ （ＴＰＡ） ｍｅｔｈｏｄ， ａ ｎｏｖｅｌ ＴＰＡ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｍｅａｓｕｒｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｒｅｐｌａｃｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｉｔｓ ｔｈｅｏｒｙ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ⁃ｂｏｒｎｅ ｎｏｉｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂｒａｋｅ ｂｏｏｓｔｅｒ（ＥＢＢ）． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｉｔｓ ｆｒｏｎｔ ｐａｎｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｉｎ ｔｅｓｔｓ； ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ；ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＢＢ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ⁃ｂｏｒｎｅ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ⁃ｂｏｒｎｅ ｎｏｉｓｅ； Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ 传统 ＴＰＡ 作为最早提出的传递路径分析方法，具 有准确度高，测试方法成熟的优点，但由于为了提高测 试准确性需要对主动部件解耦，对每个传递路径都需 要单独计算传递函数，工作量大［１］；传统 ＴＰＡ 测量接触 力通过逆矩阵计算得到激励力。 相对于传统传递路径 分析方法，为了进行简单快捷而且有效的分析，近年来 研究者提出了基于工况的传递路径分析方法（ＯＴＰＡ， Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐａｔｈ Ａｎａｌｙｓｉｓ），ＯＴＰＡ 不需要拆除 激励源，测试工况下振动噪声数据就能建立分析模型， 极大的减少了建模和测试的时间［２］；ＯＴＰＡ 通过测量加 速度来获取激励［３］。 在汽车 ＮＶＨ 正向开发中，通过传 统 ＴＰＡ 和 ＯＴＰＡ 测试获取的激励不能够完全替代真实 的激励源去预测被激励结构的振动噪声响应情况，从 而提出了基于部件的 ＴＰＡ 分析方法（ＣＴＰＡ，Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐａｔｈ Ａｎａｌｙｓｉｓ） ［４］。 ＣＴＰＡ 根据实验台架刚柔不 同，等效力的测量和计算也不相同。 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方 法［５］是实验台架零件安装接触面为刚性，在关心的频 率范围默认其不会产生振动，通过 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法测 得的等效力可以直接替代激励源，结合测得的传递函 数或者受力结构有限元计算预测结构噪声辐射表面振 动响应，从而可以判断结构噪声是否满足整车 ＮＶＨ 需 求，为辐射表面结构设计优化提供理论基础。 电子制动助力器是一种由电机驱动，齿轮传动和 丝杆机构实现踏板制动助力的智能助力器，因为可以 完全自主工作，在电动或者混动车中参与实现再生制 动功能，并能够主动控制制动以实现增值功能等优势， 现在被越来越多汽车厂商采用。 电子制动助力器动力 机构主要包括一个伺服驱动电机和二级齿轮传动组 （包括同轴齿轮） ［６］，由于电子助力器增加电机和齿轮 机构并直接安装在前围板上，容易产生较大的结构噪 声。 本文针对电子制动助力器齿轮激励引起的前围板 结构噪声问题，利用 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 理论进行研究分析， 对前围板振动响应进行预测。 １ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 理论 在许多与汽车相关的结构噪声问题都可以通过一 个示例图说明，如图 １ 所示。 激励源 Ａ 与受力结构 Ｂ 刚性连接或者通过隔振材料连接，Ａ 和 Ｂ 耦合起来构 成总成 Ｃ；激励源 Ａ 可以是冷却风扇，泵，压缩机，或者 齿轮；Ａ 与 Ｂ 在接触面 ２ 处连接，其中有几个连接点；Ａ 内部有一个无法直接测量激励力的内部激励源 ａ，例如 齿轮；内部激励通过接触面 １ 传递给 Ａ；在受力结构 Ｂ 上有响应点。 ｕ１、ｕ２、ｕ３分别为接触面１、接触面２、响应 点的位移响应［７］。 图 １ 激励源与受力结构连接示意图 Ｆｉｇ． １ Ｓｋｅｔｃｈ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｎｇ ａ ｓｏｕｒｃｅ Ａ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ ａ ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂ 以齿轮激励为例，ａ 的内部激励力为 Ｆｇｅａｒ，则 ｕ１、ｕ２、ｕ３ 响应由下式计算 Ｚ１１Ｚ１２０ Ｚ２１Ｚ２２Ｚ２３ ０Ｚ３２Ｚ３３ （Ｃ） ｕ１ ｕ２ ｕ３ ＝ Ｆｇｅａｒ ０ ０ （１） 其中标识符（Ｃ）表示在总成系统 Ｃ 条件下（即实际工 况），激励源 Ａ 加上受力结构 Ｂ；Ｚｉｊ表示动刚度［８］。 动 刚度矩阵可以转化为［９］ Ｚ１１Ｚ１２０ Ｚ２１Ｚ２２Ｚ２３ ０Ｚ３２Ｚ３３ （Ｃ） ＝ ＺＡ １１ ＺＡ １２ ０ ＺＡ ２１ ＺＣ ２２ ＺＢ ２３ ０ＺＢ ３２ ＺＡ ３３ （２） 其中 ＺＣ ２２＝ Ｚ Ａ ２２＋ Ｚ Ｂ ２２； 由式（１）可以推出 Ｚ（Ｃ） ２２ － Ｚ２１Ｚ －１ １１Ｚ１２ Ｚ２３ Ｚ３２Ｚ３３ ｕ２ ｕ３ ＝ － Ｚ２１Ｚ －１ １１Ｆｇｅａｒ ０ （３） 通常 Ｆｇｅａｒ不能直接测量，所以我们不能通过式（３）去预 测计算 ｕ３响应；但是如果我们将 Ａ、Ｂ 分离，把 Ａ 安装 在一个刚性实验台架（连接点位移为 ０），如图 ２（ａ）所 示；这样 Ａ 在齿轮激励 ａ 下的动力学方程为 Ｚ１１Ｚ１２ Ｚ２１ＺＡ ２２ ｕｆｉｘｅｄ １ ０ ＝ Ｆｇｅａｒ Ｆｉｎｔｅｒｆａｃｅ （４） 图２（ａ）中 Ａ 的自由体的运动如图２（ｂ）所示；其中因为 安装在刚性实验台架上，所以 ｕ２＝ ０，接触面的支反力 Ｆｉｎｔｅｒｆａｃｅ为我们想要得到的等效力 Ｆｅｑｕｉ。 （ａ） 激励源 Ａ 安装在刚性试验台架 （ｂ） 激励源 Ａ 安装在刚性试验台运动示意图 图 ２ 激励源 Ａ 安装在刚性试验台架 Ｆｉｇ． ２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ Ａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｉｇｉｄ ｂｅｎｃｈ 所以由表达式（４）可以计算得到 Ｆｅｑｕｉ＝ Ｚ２１ｕｆｉｘｅｄ １ ＝ Ｚ２１Ｚ －１ １１Ｆｇｅａｒ （５） 式（５）说明了刚性试验台架测得的等效力 Ｆｅｑｕｉ与齿轮 内部激励力有直接的关系。 现在假设在总成系统 Ｃ 中 激励源 Ａ 与受力结构 Ｂ 接触面 ２ 上施加 Ｆｅｑｕｉ作为外部 单独激励，则总成系统 Ｃ 各自由度的运动示意图，如图 ３ 所示。 图 ３ 在接触面施加等效力 Ｆｉｇ． ３ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｏｒｃｅ ａｔ Ａ／ Ｂ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ 总成系统 Ｃ 的动力学表达式为 Ｚ１１Ｚ１２０ Ｚ２１Ｚ（Ｃ） ２２ Ｚ２３ ０Ｚ３２Ｚ３３ ｕｅｑｕｉ １ ｕｅｑｕｉ ２ ｕｅｑｕｉ ３ ＝ ０ － Ｆｅｑｕｉ ０ （６） ７２１第 ２１ 期刘念思等 基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的结构振动响应预测 将动刚度矩阵第一行乘上 － Ｚ２１Ｚ －１ １１ 与第二行相加得到 Ｚ（Ｃ） ２２ － Ｚ２１Ｚ －１ １１Ｚ１２ Ｚ２３ Ｚ３２Ｚ３３ ｕｅｑｕｉ ２ ｕｅｑｕｉ ３ ＝ － Ｆｅｑｕｉ ０ [] （７） 将式（５）代入式（７）可以推出 Ｚ（Ｃ） ２２ － Ｚ２１Ｚ －１ １１Ｚ１２ Ｚ２３ Ｚ３２Ｚ３３ ｕｅｑｕｉ ２ ｕｅｑｕｉ ３ ＝ － Ｚ２１Ｚ －１ １１Ｆｇｅａｒ ０ （８） 对比表达式（３）和假设等效力激励接触面 ２ 表达式（８） 得出实际情况 ｕ２和 ｕ３的响应可以通过在激励源和受 力结构接触面施加等效力的方法（Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法） 得到；对比表达式（１）和表达式（６）能够明显看出实际 情况下 ｕ１和假设等效力激励下的 ｕ１不同，所以通过在 接触面施加等效力的方法计算的 ｕ１不准确；但是在实 际情况下，我们更加或者只关注 ｕ２和 ｕ３的响应情况， Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法可以在实际情况下帮我们准确分析 受力结构在实际激励源条件下的响应。 由于在实际情 况下动刚度不是很容易测得，所以将表达式（６）转换成 频响函数的形式［１０］ Ｙ１１Ｙ１２Ｙ１３ Ｙ２１Ｙ２２Ｙ２３ Ｙ３１Ｙ３２Ｙ３３ （Ｃ） ０ － Ｆｅｑｕｉ ０ ＝ ｕｅｑｕｉ １ ｕ２ ｕ３ （９） 简化为 ｕ２ ｕ３ ＝ － Ｙ２２ Ｙ３２ （Ｃ） Ｆｅｑｕｉ（１０） Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法为某些无法通过实验直接测得内部 激励特征的激励源所产生的结构噪声分析和预测提供 了一种方法，ＮＶＨ 工程师可以通过 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 台架 测试得到等效力 Ｆｅｑｕｉ，结合已有的传递函数数据模型 或者有限元模型，可以计算结构噪声传递过程中辐射 表面的振动响应，通过判断辐射表面结构振动响应情 况来预测结构噪声大小是否满足汽车 ＮＶＨ 需求。 ２ 电子制动助力器工作噪声分析 电子制动助力器安装在前围板上，工作时会产生 空气噪声和结构噪声，其传递路径如图 ４ 所示。 图 ４ 噪声传递路径 Ｆｉｇ． ４ Ｎｏｉｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ 为了识别电子制动助力器工作噪声主要的传递路 径，分别对两种状态测量相同条件下工作噪声，实验状 态对比如表 １ 所示。 对两种状态下测试结果选取几个循环工况结果进 行对比，实验结果如图５所示，对比状态１和状态２的 表 １ 实验状态对比 Ｔａｂ． １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ 安装条件实验工况传递路径分析 状态 １ 安装在 前 围 板 结构上 以 １７５ ｒａｄ／ ｓ 转 速自主工作，测 驾驶员 人 耳 处 工 作 噪 声 声 压级 有空气噪声和 结构噪声 状态 ２ 悬置在机舱里， 未与前 围 板 接 触， 其 他 条 件 一样 以 １７５ ｒａｄ／ ｓ 转 速自主工作，测 驾驶员 人 耳 处 工 作 噪 声 声 压级 有空气噪声， 无结构噪声 声压级可以得到状态 １ 下声压级峰值比状态 ２ 下高 １０ ｄＢ，根据声强与声压级转换关系可以得到状态 ２ 与状 态 １ 声强比值为 空气噪声声强 空气噪声和结构噪声声强 ＝ Ｉ２ Ｉ１ ＝ １０％ 所以电子制动助力器的工作噪声主要是由结构噪声产 生。 结构噪声产生不直接来自激励源，而是激励力传 递到辐射表面引起结构振动从而向空气辐射噪声。 针 对结构噪声，分析辐射表面结构振动非常重要［１１］。 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法可以实现将结构噪声分离出来，针对 辐射表面进行振动响应分析，也可以预测辐射表面振 动响应，进而计算结构噪声是否满足 ＮＶＨ 需求。 图 ５ 有结构噪声和无结构噪声噪声对比 Ｆｉｇ． ５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ⁃ｂｏｒｎｅ ｎｏｉｓｅ ３ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法台架实验 针对电子制动助力器的内部激励产生的结构噪 声，利用 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 实验方法对内部激励进行分析， 同时测得等效力用于计算预测前围板的振动响应。 实 验在 Ｂｏｓｃｈ 公司半消音室 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 实验台架进行 测试，如图 ６ 所示。 按照 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 试验方法要求［１２］，电子制动助 力器安装在刚性实验台架上，工装上装有三轴力传感 ８２１振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 图 ６ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 实验测试 Ｆｉｇ． ６ Ｓｅｔ ｕｐ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 器；测试软件采用 Ｈｅａｄ ａｃｏｕｓｔｉｃ；测试工况为电子制动 助力器自主工作，５０ ｒａｄ／ ｓ 到 ２５０ ｒａｄ／ ｓ 分别以不同的 匀转速自主制动，考虑到电子制动助力器工作特性问 题，对测得的力信号截取负载压力 ２０ ｂａｒ ～６０ ｂａｒ 升压 过程的稳态值，此时齿轮接近匀速转动，且没有内部间 隙结构在自主工作时的发生撞击干扰，符合实际驾驶 制动中电子制动助力器内部激励情况。 由式（５）可以 确定实验测得的力信号和电子制动助力器内部激励有 直接关系，所以我们可以对力信号合成，形成一个升速 工况，通过阶次分析能确定内部齿轮激励的阶次特 性［１３］，实验结果如图 ７ 所示。 图 ７ 内部激励阶次分析 Ｆｉｇ． ７ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｏｒｄｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ 从实验结果我们可以清晰的看出阶次特性，其中 ９ 阶 以及它的 ２ 倍谐频和 ３ 倍谐频［１４］贡献最为明显，从而 可以判断电子制动助力器内部电机输出轴上齿轮（齿 数为 ９）啮合产生的动态激励最大。 为了预测电子制动 助力器安装在前围板上激起的结构振动大小，测得电 机转速 ２００ ｒａｄ／ ｓ 下等效力数据，得到 Ｘ、Ｙ、Ｚ 方向的力 以及力矩 Ｍ（ｘ）、Ｍ（ｙ）、Ｍ（ｚ），如图 ８ 所示。 （ａ） Ｆｘ （ｂ） Ｆｙ （ｃ） Ｆｚ （ｄ） Ｍ（ｘ） （ｅ） Ｍ（ｙ） （ｆ） Ｍ（ｚ） 图 ８ 电机转速 ２００ ｒａｄ／ ｓ 下 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 数据 Ｆｉｇ． ８ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ２００ ｒａｄ／ ｓ ４ 基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法前围板振动响应预测 由式（１０）可知，在实验测得 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 之后，只 需要知道安装状态下的传递函数就可以预测受力结构 的响应情况，在汽车前期开发过程中，受力结构往往还 不存在，只有有限元模型，所以通过有限元模型计算响 应大小，从而判断受力结构设计是否满足 ＮＶＨ 标准， 为结构优化提供理论基础。 本文的电子制动助力器安 装在前围板上，所以需要建立前围板有限元模型［１５］。 在 ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ 软件中建立前围板有限元模型，有限元模 型中标记４个测点，分别为靠近电子制动助力器安装 位置１ 号和２ 号测点，逐渐远离安装位置的３ 号和４ 号 测点，如图 ９ 所示。 图 ９ 前围板有限元模型 Ｆｉｇ． ９ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｐａｎｅｌ ９２１第 ２１ 期刘念思等 基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的结构振动响应预测 通过有限元计算前围板有限元模型的模态，以及在 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 激励下每个测点的响应。 为了验证振动 响应预测的准确性，利用 ＬＭＳ． ｔｅｓｔ． ｌａｂ 软件对试制车 和有限元模型相同前围板进行模态测试和电子制动助 力器 ２００ ｒａｄ／ ｓ 转速激励下加速度响应测试，对比有限 元计算和实验测试结果。 振动响应实验测试现场如图 １０ 所示；将电子制动助力器安装在前围板上，给定电子 图 １０ 加速度响应测试 Ｆｉｇ． １０ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｅｓｔ 制动助力器在Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ台架测试力信号时相同的 负载，选取 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 台架实验相同的工况，实验测 得电机 ２００ ｒａｄ／ ｓ 匀速转动下每个测点的振动加速度 响应。 从表 ２ 实验测试模态频率和有限元计算模态频率 对比可以确定有限元模型建立准确［１６］。 有限元计算不 同测点加速度响应和实验测试结果对比如图 １１ 所示。 表 ２ 实验和仿真模态频率对比 Ｔａｂ． ２ Ｍｏｄａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 模态实验／ Ｈｚ仿真／ Ｈｚ误差／ ％ 第 １ 阶１１７１２１４． ０ 第 ２ 阶１８０１８００ 第 ３ 阶２１７２２５３． ９ 第 ４ 阶３６７３８１３． ９ 第 ５ 阶４４０４５７３． ８ 第 ６ 阶５１３５３３４． ０ 第 ７ 阶５８３６１０４． ４ 图 １１ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 响应预测与实验结果对比 Ｆｉｇ． １１ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 对比基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的响应预测结果和实验测 试结果可以看到，有限元计算结果和实验结果在个别 峰值频率存在偏差，原因可能由有限元模型不能完全 反映前围板振动特征造成；但是可以通过 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法有效地预测前围板在电子制动助力器激励下结构 振动响应，为基于 ＮＶＨ 优化相关的结构设计提供理论 依据。 ５ 结 论 本文成功利用 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法预测了汽车前围 板在电子制动助力器工作激励下的结构振动响应， Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法可以为汽车前期 ＮＶＨ 相关的结构优 化提供理论基础，具有帮助实现汽车 ＮＶＨ 正向开发的 重要意义。 电子制动助力器工作噪声主要是通过前围 板结构噪声传递；如果能对前围板结构在电子制动助 力器工作激励下结构振动响应进行准确计算，可以根 据噪声与结构振动的对应关系有效地预测电子制动助 力器安装在该前围板下结构噪声大小，有助于 ＮＶＨ 工 程师对前围板结构前期的设计优化，实现 ＮＶＨ 正向 开发。 参 考 文 献 ［ １］ 郭荣，裘剡，房怀庆，等． 频域传递路径分析方法（ＴＰＡ）的 研究进展［Ｊ］． 振动与冲击，２０１３，３２（１３）４９⁃５５． ＧＵＯ Ｒｏｎｇ， ＱＩＵ Ｓｈａｎ， ＦＡＮＧ Ｈｕａｉｑｉｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ０３１振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 ｄｏｍａｉｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ， ２０１３，３２（１３） ４９⁃５５． ［ ２］ 伍先俊，吕亚东，隋富生． 工况传递路径分析法原理及其 应用［Ｊ］． 噪声与振动控制，２０１４，３４（１）２８⁃３１． ＷＵ Ｘｉａｎｊｕｎ， Ｌ Ｙａｄｏｎｇ， ＳＵＩ Ｆｕｓｈｅｎｇ．Ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ［ Ｊ］． Ｎｏｉｓｅ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ２０１４，３４（１）２８⁃３１． ［ ３］ 庞晓柯，周以齐，唐伟． 基于工况传递路径分析的挖掘机 座椅振动研究［Ｊ］． 振动与冲击，２０１５，３４（９）１７１⁃１７６． ＰＡＮＧ Ｘｉａｏｋｅ， ＺＨＯＵ Ｙｉｑｉ， ＴＡＮＧ Ｗｅｉ． Ｅｘｃａｖａｔｏｒ ｓｅａｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ，２０１５，３４（９） １７１⁃１７６． ［ ４］ ＤＥ ＫＬＥＲＫ Ｄ， ＲＩＸＥＮ Ｄ Ｊ． Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｄｙｎａｍｉｃｓ ［ Ｊ］． Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１０，２４ （６） １６９３⁃１７１０． ［ ５］ ＭＯＯＲＨＯＵＳＥ Ａ Ｔ， ＥＬＬＩＯＴＴ Ａ Ｓ， ＥＶＡＮＳ Ｔ Ａ． Ｉｎ ｓｉｔｕ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ⁃ｂｏｒｎｅ ｓｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，２００９，３２５（４） ６７９⁃６８５． ［ ６］ 潜磊． 电动助力制动系统研究［Ｄ］． 吉林吉林大学，２０１７． ［ ７］ 王永亮，刘浩，郑卿卿，等． 车辆结构噪声传递特性及其峰 值噪声 成 因 的 分 析 ［ Ｊ］．汽 车 工 程，２０１８， ４０ （１２） １４６１⁃１４６６． ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇｌｉａｎｇ， ＬＩＵ Ｈａｏ， ＺＨＥＮＧ Ｑｉｎｇｑｉｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ⁃ ｂｏｒｎｅ ｎｏｉｓｅ［Ｊ］． Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１８， ４０（１２） １４６１⁃１４６６． ［ ８］ 金翔，李蓓智． 高速电主轴动刚度的计算与测试方法［Ｊ］． 现代制造工程，２０１６（５）４０⁃４５． ＪＩＮ Ｘｉａｎｇ， ＬＩ Ｂｅｉｚｈｉ． Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｓｐｉｎｄｌｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［ Ｊ ］．Ｍｏｄｅｒｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１６（５）４０⁃４５． ［ ９］ ＬＥＮＮＳＴＲＭＤ，ＯＬＳＳＯＮＭ，ＷＵＬＬＥＮＳＦ，ｅｔａｌ． Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，２０１６，１０２１０８⁃１１９． ［１０］ ＳＣＨＭＩＴＺ Ｔ Ｌ， ＳＭＩＴＨ Ｋ Ｓ． Ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｍ］． Ｂｅｒｌｉｎ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２０１８． ［１１］ 李克强，段飞，罗禹贡． 结构噪声主动控制原理及方法 ［Ｊ］． 声学技术，１９９８（４）２０⁃２５． ＬＩ Ｋｅｑｉａｎｇ， ＤＵＡＮ Ｆｅｉ， ＬＵＯ Ｙｕｇｏｎｇ． Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｎｏｉｓｅ ［ Ｊ］．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ， １９９８（４）２０⁃２５． ［１２］ ＹＵＮ Ｇ Ｙ， ＫＩＭ Ｈ Ｓ， ＫＩＭ Ｊ． Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏ⁃ａｃｔｉｖｅ ｐａｐｅｒ ａｃｔｕａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ ｆｏｒｃｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ［Ｊ］． Ｓｍａｒｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，１７（２） ０２５０２１． ［１３］ 王况，王科盛，左明健． 基于阶次分析技术的行星齿轮箱 非平稳振动信号分析［Ｊ］． 振动与冲击，２０１６，３５（５） １４０⁃１４５． ＷＡＮＧ Ｋｕａｎｇ， ＷＡＮＧ Ｋｅｓｈｅｎｇ， ＺＵＯ Ｍｉｎｇｊｉａｎ．Ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ ａ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｇｅａｒｂｏｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｒｄｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ， ２０１６，３５（５）１４０⁃１４５． ［１４］ 周益． 汽车变速器齿轮啸叫声特性与控制研究［Ｄ］． 南 昌江西农业大学， ２０１２． ［１５］ ＰＡＰＰＡＳ Ａ， ＤＡＹＡＬＡ Ｄ， ＡＮＴＯＮＩＮＩ Ａ， ｅｔ ａｌ．Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｌｉｍｉｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆａｓｔｎｅｔ ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ ｕｎｄｅｒｉｍｐｕｌｓｉｖｅｏｃｅａｎｗａｖｅｓ ［ Ｍ ］．ＢｅｒｌｉｎＳｐｒｉｎｇｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２０１９． ［１６］ 张皓，李东升，李宏男． 有限元模型修正研究进展从线性 到非线性［Ｊ］． 力学进展，２０１９，４９５４２⁃５７５． ＺＨＡＮＧ Ｈａｏ， ＬＩ Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ， ＬＩ Ｈｏｎｇｎａｎ． Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｕｐｄａｔｉｎｇｆｒｏｍ ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｔｏ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ［Ｊ］． Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， ２０１９，４９５４２⁃５７５． １３１第 ２１ 期刘念思等 基于 Ｂｌｏｃｋｅｄ ｆｏｒｃｅ 方法的结构振动响应预测