[发明专利]应用改变窗长相位差校正法的发动机激励力测量方法

权利要求书

1.应用改变窗长相位差校正法的发动机激励力测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)坐标系建立与相关参数收集：利用发动机转动惯量实验台，测试出发动机质量m，发动机质心O，以O为原点建立坐标系O-XYZ，Y轴正向指向曲轴自由端，Z轴正向竖直向上，按右手定则确定X轴正向；再利用发动机转动惯量实验台测试出发动机绕坐标系X轴的转动惯量J_x、Y轴的转动惯量J_y、Z轴的转动惯量J_z、发动机对X轴和Y轴的惯性积J_xy、对Y轴和Z轴的惯性J_yz、对Z轴和X轴的惯性J_zx，组成发动机质量矩阵M；

(2)获取悬置复刚度矩阵：将发动机通过悬置支撑在发动机试验台架；确定发动机悬置个数h，h＝3或h＝3；在发动机的坐标系O-XYZ中，按照X方向由大到小的顺序给悬置标号，定义为第一悬置、第二悬置、…第h悬置，用弹性体测试系统对各悬置的复刚度特性进行测试，获得第一悬置的复刚度第二悬置的复刚度…第h悬置的复刚度组成悬置复刚度矩阵K^*＝[K^*₁ K^*₂ …K^*_h ]；

(3)安装传感器：在发动机缸体表面或者悬置点的不同测试点上，安装L个三向加速度传感器，L≥3，每个测试点安装一个三向加速度传感器；传感器连接数据采集器，数据采集器连接便携式计算机；在发动机的坐标系O-XYZ中，按照X方向由大到小的顺序确定三向加速度传感器的坐标分别为[x₁ y₁ z₁]、[x₂ y₂ z₂]、…、[x_L y_L z_L]；

(4)在发动机试验台架上，设定发动机以正常工作转速w运行，待工况稳定后，在10s～30s内的采集时间，通过数据采集器采集和同步记录各测试点的X轴正向、Y轴正向和Z轴正向的振动加速度信号X_1n、X_2n…X_Ln；Y_1n、Y_2n…Y_Ln；Z_1n、Z_2n…Z_Ln；其中X_1n为第一测试点X轴正向采集的具有n个点的振动加速度信号序列，X_Ln为第L测试点X轴正向采集的n个点的振动加速度信号序列，Y_1n为第一测试点Y轴正向采集的n个点的振动加速度信号序列，X_Ln第L测试点Y轴正向采集的n个点的振动加速度信号序列；Z_1n为第一测试点Z轴正向采集的n个点的振动加速度信号序列，Z_Ln第L测试点Z轴正向采集的n个点的振动加速度信号序列；采样频率f_s，采样点数N表示离散序列包含的数据点个数，其中n＝0、1、…、N-1，要求f_s＝N＝2^p，P＝9或10，频率分辨率Δf＝f_s/N＝1；

(5)根据公式测量发动机激励力，其中：激励力F(f)是指发动机在转速w第η谐次激励频率f下，发动机X轴正向的激励力F_x(f)、绕X轴的激励转矩M_x(f)、Y轴方向的激励力F_y(f)、绕Y轴的激励转矩M_y(f)、Z轴方向的激励力F_z(f)、绕Z轴的激励转矩M_z(f)；

K^*＝[K^*₁ K^*₂ …K^*_h]

M=mmmJx-Jxy-Jzx-JxyJy-Jyz-Jzx-JyzJz]]>

E‾=1000z1-y1010-z10x1001y1-x101000z2-y2010-z20x2001y2-x20··················1000z3-y3010-z30x3001y3-x30]]>

f=13L(f1x+f1y+f1z+f2x+f2y+f2z+···+fLx+fLy+fLz)]]>

S‾(f)=dX1dY1dZ1dX2dY2dZ2···dXLdYLdZLT]]>

表示矩阵的转置；

第η谐次激励频率f和其对应位移矩阵通过如下方法确定：

选择发动机激励力分析的谐次η，η＝0.5、1、1.5、2、2.5或3；指定分析发动机转速w的第η谐次后，进行以下运算：

对第一测试点X轴正向采集的具有n个点的振动加速度信号序列X_1n，加时间长度T＝1的汉宁窗w(t)0≤t≤T，按照公式(1-1)进行N点快速傅里叶变换，得到幅值谱X₁(f)；对X_1n加时间长度汉宁窗w(t)0≤t≤T，按照公式(1-2)进行N/2点快速傅里叶变换(FFT)，得到幅值谱X₂(f)；

X1(f)=Σn=0N-1xn[0.5-0.5cos(2πnN)]e-j2πNfn=R1(f)+jI1(f)=y1(f)ejΦ1(f)]]>f=0,1,···,N2-1---(1-1)]]>

X2(f)=Σn=0N/2-1xn[0.5-0.5cos(4πnN)]e-j4πNfn=R2(f)+jI2(f)=y2(f)ejΦ2(f)]]>f=0,1,2···,N4-1---(1-2)]]>

根据发动机转速w，确定校正频率区间[f₁，f₂]，其中取整数；取整数；

在校正频率区间[f₁，f₂]内，X₁(f)的最高峰值对应频率f_i，f_i实部为R₁(f_i)，虚部为I₁(f_i)，相位为Φ₁(f_i)，幅值为y₁(f_i)；X₂(f)的最高峰值频率f_j，相位为Φ₂(f_j)；设校正频率区间[f₁，f₂]内最高峰值真实频率为f₀，f₀对应真实相位真实幅值A₀(f₀)；设f_i的频率误差为f_i与真实频率f₀的差值代人公式(1-3)，求出频率误差

▿f=-2[Φ1(fi)-Φ2(fj)-π(2fi-fj)2]/π---(1-3)]]>

计算真实频率f₀

计算真实相位

汉宁窗的谱函数根据公式(1-6)计算出校正后的幅值A₀(f₀)，组成真实频率f₀和对应的加速度矢量

对序列X_2n…X_Ln；Y_1n、Y_2n…Y_Ln；Z_1n、Z_2n…Z_Ln与振动加速度信号序列X_1n进行同样的处理，分别得到发动机转速w第η谐次的激励频率f_2x…f_Lx；f_1y、f_2y…f_Ly；f_1z、f_2z…f_Lz；

对于L个传感器测试点中的任意传感器H(1≤H≤L)，测得它的X方向的发动机激励频率为f_Hx，对应加速度矢量为测得Y方向的发动机激励频率为f_Hy，对应加速度矢量为测得Z方向的发动机激励频率为f_Hz，对应加速度矢量为传感器H的X方向位移为dX_H，Y方向位移为dY_H，Z方向位移为dZ_H，由此获得传感器H的位移矩阵：

L个传感器的激励频率以及对应的位移矩阵