积分法相对位移测量在汽车NVH性能开发中的应用

摘要：在汽车NVH性能开发过程中，各减振系统的相对位移是一项重要的评价指标。传统式位移传感器不能够进行狭小空间位移测量，并且需要制作辅助夹具才能够进行位移传感器安装，试验效率低且成本高。文章提出的积分法相对位移测量方法，只需要利用通用的加速度传感器采集被测试部位的振动加速度信号，然后对信号进行滤波和积分处理即可获得测试部位的相对位移，试验效率高且成本低。目前，积分法相对位移测量法已经在汽车NVH性能开发过程中得到了很好的验证和应用。

前言

在汽车NVH性能开发过程中，驾驶室悬置、底盘悬架、动力总成悬置等各减振系统的相对位移是一项重要的评价指标，相对位移的测量在汽车NVH性能开发试验中占有重要的比重。本文提出的积分法相对位移测量法是一种全新的相对位移测量和计算方法，只需要利用通用的加速度传感器采集各减振系统的时域信号，然后对采集的时域信号进行两次滤波和两次积分处理，最后对同一方向上的位移量进行相减，即可得到该方向上的相对位移。积分法相对位移方法与传统式（拉线式和激光式）相对位移测量方法相比更简单、测量结果精度更高、更高效且实用，积分法相对位移测量方法可以大大提高工作效率、降低新产品开发成本。

1 积分法相对位移测量方法

积分法相对位移测量方法不同于传统的相对位移测量方法，是通过长期工作经验摸索出的一种高效且准确的相对位移测量及计算方法。

图1 积分法相对位移测量及数据处理流程

首先要利用加速度传感器测量汽车各减振系统主动端和被动端的振动加速度随机信号，对采集得到的减振系统主动端和被动端的加速度信号进行高通滤波，然后进行一次积分，得到速度信号，再对速度信号进行高通滤波，再次进行积分，最后得到各减振系统主动端和被动端的位移量，对同一方向的主动端的位移量与被动端的位移量相减，即可得到该减振系统XYZ每个方向（测点方向按照整车坐标系定义）上的相对位移。积分法相对位移测量及数据处理的流程如图1所示。

积分法与传统的相对位移测量方法相比，优点主要体现在以下四个方面：

1.1 加速度传感器安装和标定方便、快捷

测量时不需要专门设计制作传感器安装夹具，只需要将加速度传感器安装在被测试的位置即可，传感器标定简单。

1.2 测量精度较高

测量精度较高，可采集的频率范围为0 Hz～1 024 Hz。

下面是利用积分法与拉线式位移传感器法分别测量的某载货汽车动力总成左前悬置主被动端的相对位移，二者误差为2.33%，如表1所示。

表1 某载货汽车动力总成左前悬置主被动端积分法与拉线式位移传感器法测量的相对位移结果比较

注：误差=（积分法测量值-拉线式位移传感器测量值）/拉线式位移传感器测量值×100%

1.3 测量范围大、局限性小

测量动态范围大，可进行相对位移变化量从几毫米到米级的测量。

不受测试空间局限，可进行狭小空间的相对位移测量，如动力总成悬置和进排气系统吊挂的测试。

1.4 测量成本低、效率高

同样的工作量，传统式位移传感器法试验测量及数据处理需要3天～4天完成，而积分法只需1.5天。

2 基于LMS Test.Lab软件的积分法相对位移测量及数据处理

2.1 积分法相对位移测量及数据处理

首先利用LMS Test.Lab数据采集器采集被测试部位的加速度信号，然后用LMS Test.Lab分析软件，按照积分法相对位移数据处理流程对信号进行处理分析，具体操作按照图2—图4进行，即可获得测量部位的相对位移。

根据测点位置不同，测点滤波设置不同，可参照表2中的经验值进行滤波器的设置。

表2 滤波器设置

图2 将加速度时域信号放到篮子里

图3 在“Time Data Selection”窗口中，对加速度时域信号进行滤波和积分

图4 在“Time Data Selection”窗口中，统计出测量位置的相对位移

3 实例分析

3.1 问题描述

某载货车（空载）在平直沥青路（A级路面）上以55 km/h行驶时驾驶室低频（5.88 Hz）俯仰振动明显，主观评价不能接受。

3.2 问题分析

针对55 km/h行驶时驾驶室低频抖动问题，初步分析是驾驶室X向和Z向的位移偏大导致的，按照这一思路对该车主观评价和积分法驾驶室位移测试分析。

主观评价为该车在车速55 km/h时存在明显的驾驶室低频俯仰振动，人体主观感觉不能接受；然后利用积分法测量驾驶室相对于车架的相对位移，分析得出驾驶室相对于车架X向和Z向的位移偏大，分析认为该车的抖动是由驾驶室相对于车架X向和Z向的位移偏大引起的。

依据主客观的分析，认为是该车的后悬架的刚度偏大，车辆以55 km/h行驶时，受路面随机振动激励，激起车架的一阶垂向弯曲模态（6 Hz），从而导致了驾驶室低频俯仰振动，测试结果详见表3。

表3 原车状态行驶抖动试验结果

3.3 处理措施

根据某载货车（空载）原车状态行驶抖动试验分析结论，制定了问题改善方案，利用积分法相对位移分析方法和常规NVH试验分析方法对改善方案进行试验验证，改善方案详见表4。

表4 改善方案

3.4 改善效果

某载货汽车上改善改善方案（后板簧少片簧状态，主簧刚度降低7%）后，主观评价在抖动车速55 km/h时驾驶室低频俯仰振动现象消失，乘坐舒适性 [3]比改善前有明显提升，抖动问题得以解决，客观测试驾驶室的位移比改善前有明显改善，改善结果详见表5、图5和图6。

表5 改善效果

图5 驾驶室B柱参考点相对于前悬架被动端的X向相对位移改善效果

图6 驾驶室B柱参考点相对于前悬架被动端的Z向相对位移改善效果

4 结语

本文详细介绍了一种全新的相对位移测量方法，即积分法。并阐述了积分法相对位移测量和数据处理流程，以及在产品开发中的应用。如果积分法相对位移测量方法能够在今后的产品开发过程中推广应用，一定会发挥其精度高、成本低、效率低和实用性的优势。

作者：时 磊，殷金祥

潍柴动力上海研发中心

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