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        可移動(dòng)假人平板小車控制器安裝點(diǎn)振動(dòng)分析

        2023-01-17 03:00:24楊建森韓忠良
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2023年1期
        關(guān)鍵詞:平板車頻率響應(yīng)頻響

        曹 展,吳 楊,楊建森,韓忠良

        (中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司,天津 300300)

        用于碰撞測試的可移動(dòng)假人平板小車為檢驗(yàn)汽車自動(dòng)緊急剎車(Autonomous Emergency Braking,AEB)等性能起到了至關(guān)重要的作用,汽車測試過程是以車速時(shí)速20 km 行駛,可移動(dòng)假人平板小車模擬行人以8 km/h 突然出現(xiàn),期間可移動(dòng)假人平板小車內(nèi)部電器件在受到路面激勵(lì)時(shí),期望內(nèi)部電器件尤其是控制器不能受到較大振動(dòng)。

        1 平板小車模型建立及理論分析

        1.1 有限元模型建立

        為減緩平板小車因路面激勵(lì)帶來的振動(dòng)對內(nèi)部電器件,尤其是控制器等帶來的損傷,為防止疊加共振,產(chǎn)生放大效應(yīng),損壞內(nèi)部電器件,本文將可移動(dòng)假人平板小車進(jìn)行頻響分析,來確定平板小車內(nèi)部控制器在路面激勵(lì)作用下的響應(yīng)位移,平板小車實(shí)車模型如圖1所示,平板小車有限元模型如圖2所示。平板小車假人測試設(shè)備如圖3所示。

        圖1 平板小車實(shí)車模型

        圖2 平板車有限元模型(外部)

        圖3 平板小車假人測試設(shè)備

        1.2 模態(tài)頻響分析理論

        模態(tài)頻率響應(yīng)分析是結(jié)構(gòu)在外界激勵(lì)作用下隨時(shí)間的響應(yīng)[1]。模態(tài)頻率響應(yīng)分析是將n 階自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程,進(jìn)行一次坐標(biāo)變換,用振型坐標(biāo)代替原來的有限元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)[2]。

        對于模態(tài)法的頻率響應(yīng)問題,可以分成2 步來求解,即第一步先結(jié)算結(jié)構(gòu)的固有頻率,第二步在已計(jì)算的固有頻率基礎(chǔ)上再進(jìn)行頻率響應(yīng)的計(jì)算。根據(jù)振動(dòng)微分方程[3]

        式中:M 為質(zhì)量矩陣;C 為阻尼矩陣;K 為剛度矩陣;F為系統(tǒng)外力矩陣;為加速度;為速度;X 為位移函數(shù)的列向量;ω 為固有頻率。

        模態(tài)法首先進(jìn)行模態(tài)分析得到系統(tǒng)的特征值λ=ω12和響應(yīng)特征向量。系統(tǒng)響應(yīng)可表示為特征向量X 和模態(tài)響應(yīng)d 的數(shù)量積,即

        如若不考慮阻尼,運(yùn)動(dòng)方程可以使用特征向量變換到模態(tài)坐標(biāo)系中[4],即

        坐標(biāo)變化的目的是用解除耦合的方法來簡化方程的計(jì)算,同時(shí)大大減少方程的求解階數(shù)。經(jīng)過模態(tài)矩陣變換后,化為互不耦合的n 個(gè)單自由度問題,進(jìn)行逐個(gè)求解,在疊加到動(dòng)力響應(yīng)的結(jié)果[5]。

        解耦后的方程為

        求得輸出的頻率響應(yīng)函數(shù)即響應(yīng)位移

        根據(jù)以上理論,對平板車進(jìn)行頻響分析[6]。

        2 平板車有限元分析

        2.1 約束及載荷施加

        采用Nastran 對平板車4 個(gè)車輪安裝點(diǎn)施加單位載荷來模擬路面激勵(lì)[7](方向?yàn)閆),對整車控制器和電機(jī)控制器及安裝點(diǎn)(響應(yīng)點(diǎn))進(jìn)行頻響分析,來考察安裝點(diǎn)在激勵(lì)方向上產(chǎn)生共振的頻率范圍及控制器的響應(yīng)位移。如圖4所示,根據(jù)車輪安裝位置,選取平板車的激勵(lì)點(diǎn)與響應(yīng)點(diǎn)位置[8]。平板車內(nèi)部控制器如圖5所示。

        圖4 平板小車激勵(lì)點(diǎn)與響應(yīng)點(diǎn)位置(內(nèi)部)

        圖5 平板車內(nèi)部控制器

        2.2 頻響結(jié)果分析

        根據(jù)約束及施加的單位載荷,采用Hypermesh 對平板車內(nèi)部控制器進(jìn)行模態(tài)頻響分析,對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理,如圖6—圖8所示,計(jì)算出平板車控制器安裝點(diǎn)處3 個(gè)方向的位移響應(yīng)曲線,結(jié)合3 個(gè)方向的曲線可知,控制器安裝點(diǎn)處在外界激勵(lì)頻率為113 Hz 時(shí),響應(yīng)位移最大;圖9和圖10為平板車第一階和第二階模態(tài)頻率。

        圖6 控制器安裝點(diǎn)X 向響應(yīng)位移

        圖7 控制器安裝點(diǎn)Y 向響應(yīng)位移

        由圖6—圖8可知,當(dāng)平板車受到單位載荷力時(shí),在113 Hz 時(shí),響應(yīng)點(diǎn)在外部激勵(lì)頻率下,響應(yīng)位移最大,圖9和圖10為平板車振動(dòng)頻率,振動(dòng)頻率在103 Hz,避開了平板車控制器處共振頻率,由此可知,平板車內(nèi)部件電器布置合理,避開共振,有助于保護(hù)控制器。

        圖8 控制器安裝點(diǎn)Z 向響應(yīng)位移

        圖9 平板車103 Hz 模態(tài)云圖

        圖10 平板車156 Hz 模態(tài)云圖

        3 結(jié)束語

        根據(jù)對可移動(dòng)假人平板小車進(jìn)行頻響分析,得出平板車在外部激勵(lì)下何時(shí)會產(chǎn)生共振及相應(yīng)的頻率,從而有助于對平板車內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn),來避開兩者的共振頻率,減小車身振動(dòng)對控制器的影響,通過采用仿真方式,驗(yàn)證了該平板車與控制器不會因頻率耦合而引起共振,有助于提高設(shè)計(jì)效率,減少設(shè)計(jì)成本。

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