高压油泵针阀落座敲击预测方法、装置、电子设备及介质与流程

本发明实施例涉及汽车nvh，尤其涉及一种高压油泵针阀落座敲击预测方法、装置、电子设备及介质。

背景技术：

1、目前，传统汽油机燃油供给系统主要包含低压油泵、进油管、油轨、喷油器等零部件。在全球能源危机和环境污染等大背景下，各国政府正在推进日益严苛的油耗和排放法规，汽油机缸内直喷(gasoline direct injection，简称gdi)技术以其在燃油经济性和排放等方面的优势迅速占领市场，gdi汽油机通常采用高压燃油供给系统，需要在低压油泵和进油管之间增加高压油泵，用以提供更高的喷油压力(最高可达50mpa以上)，使汽油机可以在压缩行程即将结束时，通过喷油器以更高的压力喷射，汽油与空气在涡流运动的作用下充分混合，达到更好的雾化效果，从而改善汽油机的燃油经济性。尤其是在双碳政策背景下，混合动力发动机的燃油供给压力越来越高，该技术成为高性能发动机的标配。

2、然而，虽然超高压直喷技术给燃油经济性和燃烧稳定性带来了诸多益处，但高压油泵工作过程中因电磁阀间歇性开启和关闭，会导致针阀和阀座之间出现间歇性撞击，两者敲击的激励力会作用在缸盖上，增大振动噪声风险，且该敲击噪声极易被顾客识别到，严重影响顾客驾乘体验。而随着整车市场竞争加剧，整车项目开发周期越来越短，因此，如何在项目前期开发中，快速精准地预测高压油泵针阀落座的敲击问题，以规避振动噪声，是本发明亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种高压油泵针阀落座敲击预测方法、装置、电子设备及介质，以在项目前期开发中，能够快速预测出设计的高压油泵是否存在针阀落座的敲击异响问题。

2、本发明实施例第一方面提供了一种高压油泵针阀落座敲击预测方法，所述方法包括：

3、建立待分析高压油泵的柔性体模型，在所述柔性体模型中对第一针阀和第一阀座之间的接触面进行有限元网格划分，在所述第一针阀和所述第一阀座之间建立运动耦合单元，所述运动耦合单元包括主节点和多个从节点；

4、根据发动机转速和所述待分析高压油泵的泵油相位，建立电磁阀模型，通过所述电磁阀模型模拟所述电磁阀模型中第二针阀和第二阀座之间的敲击过程；

5、根据所述待分析高压油泵的凸轮型线和柱塞结构，建立柱塞模型；

6、根据所述待分析高压油泵的出油阀结构，建立出油阀模型；

7、根据所述待分析高压油泵的结构，装配所述柱塞模型和所述出油阀模型，根据所述待分析高压油泵的预设工况，确定所述第二针阀和所述第二阀座在所述敲击过程中产生的落座力；

8、将所述落座力加载到所述柔性体模型的主节点上，通过所述运动耦合单元将所述落座力分配到所述从节点上，确定所述待分析高压油泵的响应结果；

9、根据所述响应结果，确定所述待分析高压油泵的针阀落座敲击异响预测结果。

10、可选的，所述响应结果至少包括：敲击功率和辐射声功率；所述确定所述待分析高压油泵的响应结果，包括：

11、根据所述落座力和针阀落座速度，确定所述待分析高压油泵撞击时刻的敲击功率；

12、以所述落座力作为激励力，确定所述待分析高压油泵的辐射声功率。

13、可选的，所述根据所述响应结果，确定所述待分析高压油泵的针阀落座敲击异响预测结果，包括：

14、在所述敲击功率大于第一临界值和/或所述辐射声功率大于第二临界值的情况下，确定所述待分析高压油泵的针阀落座敲击异响预测结果为：所述待分析高压油泵存在敲击异响和噪声风险。

15、可选的，所述主节点建立在所述第一针阀和所述第一阀座的接触点上，所述从节点为所述接触面上除所述接触点之外的不少于第一数值的网格节点。

16、可选的，在所述建立待分析高压油泵的柔性体模型之后，所述方法还包括：

17、对所述柔性体模型进行结构缩减，保留所述主节点的法相自由度，以及保留所述多个从节点中泵体外表面顶部、侧面圆柱面上不少于第二数值的子从节点的法相自由度，得到包括运动耦合子单元的子模型；

18、所述将所述落座力加载到所述柔性体模型的主节点上，通过所述运动耦合单元将所述落座力分配到所述从节点上，确定所述待分析高压油泵的响应结果，包括：

19、将所述落座力加载到所述子模型的主节点上，通过所述运动耦合子单元将所述落座力分配到所述子从节点上，确定所述待分析高压油泵的响应结果。

20、可选的，所述泵油相位包括：电磁阀开启相位和电磁阀单次持续时间相位；所述根据发动机转速和所述待分析高压油泵的泵油相位，建立电磁阀模型，包括：

21、根据所述发动机转速和单工作循环泵油次数，确定所述电磁阀模型的开启频率；

22、根据所述待分析高压油泵中的电磁阀开启相位设计值和电磁阀单次持续时间相位设计值，设定所述电磁阀模型的电磁阀开启相位和单次开始持续时间相位；

23、根据所述电磁阀模型的开启频率、电磁阀开启相位和单次开始持续时间相位，建立所述电磁阀模型。

24、可选的，所述电磁阀模型中至少包括所述第二针阀和回位弹簧，所述回位弹簧一端作用在所述第二针阀，另一端作用在所述第二阀座，所述回位弹簧的弹簧刚度和弹簧预紧力均为所述待分析高压油泵的设计值，所述电磁阀模型保留所述第二针阀与泵体的相对自由度。

25、可选的，所述根据所述待分析高压油泵的凸轮型线和柱塞结构，建立柱塞模型，包括：

26、创建凸轮轴添加转速驱动，确定所述凸轮轴的凸轮轴转速；

27、根据所述待分析高压油泵的凸轮型线设计值确定柱塞的位移曲线，所述柱塞的位移曲线是随所述待分析高压油泵的凸轮转角变化的位移曲线；

28、根据所述凸轮轴转速、所述柱塞的位移曲线以及所述待分析高压油泵的柱塞结构，构建所述柱塞模型。

29、可选的，在所述柱塞模型中，所述柱塞的质量和直径为所述待分析高压油泵的设计值，所述柱塞的有效长度按照所述待分析高压油泵中柱塞运动自由度方向的最大位移量计算，所述柱塞和泵体之间具有沿柱塞轴向的平动自由度。

30、可选的，所述第二针阀的质量为所述待分析高压油泵中的针阀质量设计值，所述第二针阀的有效长度按照所述待分析高压油泵中针阀运动自由度方向的最大位移量设定，所述第二针阀和所述第二阀座接触部位的节流孔保留所述待分析高压油泵中的流通截面参数。

31、可选的，在所述柱塞模型中，所述柱塞和所述泵体围成的液压腔体的最小体积以及所述液压腔体的内部压力初始值根据所述待分析高压油泵的设计值设定，所述柱塞模型的液压腔体与所述电磁阀模型的液压腔体通过所述节流孔连通，保留所述柱塞与所述液压腔体的壁面之间的接触刚度。

32、可选的，所述根据所述待分析高压油泵的出油阀结构，建立出油阀模型，包括：

33、根据所述待分析高压油泵的出油阀小球的质量设计值、直径设计值，所述待分析高压油泵的出油阀弹簧的弹簧刚度设计值、弹簧预紧力设计值，以及所述待分析高压油泵的出油口阀座的出口孔直径设计值、孔延伸角度设计值，建立所述出油阀模型；

34、其中，在所述出油阀模型中，所述出油阀小球和所述出油口阀座的接触刚度按有限元模型标定刚度设定。

35、可选的，所述根据所述待分析高压油泵的结构，装配所述柱塞模型和所述出油阀模型，根据所述待分析高压油泵的预设工况，确定所述第二针阀和所述第二阀座在所述敲击过程中产生的落座力，包括：

36、根据所述待分析高压油泵的结构，装配所述柱塞模型和所述出油阀模型，设定接触参数，所述接触参数至少包括：接触刚度、所述出油阀的相关参数；

37、根据所述待分析高压油泵的预设工况，确定在所述凸轮轴的不同凸轮轴转速下，所述第二针阀和所述第二阀座在所述敲击过程中产生的落座力。

38、可选的，所述将所述落座力加载到所述柔性体模型的主节点上，通过所述运动耦合单元将所述落座力分配到所述从节点上，确定所述待分析高压油泵的响应结果，包括：

39、在所述凸轮轴的不同凸轮轴转速下，将所述不同凸轮轴转速下各自对应的落座力加载到所述柔性体模型的主节点上，通过所述运动耦合单元将所述落座力分配到所述从节点上，确定所述不同凸轮轴转速下对应的响应结果；

40、根据所述不同凸轮轴转速下的响应结果，确定所述待分析高压油泵的响应结果。

41、本发明实施例第二方面提供了一种高压油泵针阀落座敲击预测装置，所述装置包括：

42、第一模型建立模块，用于建立待分析高压油泵的柔性体模型，在所述柔性体模型中对第一针阀和第一阀座之间的接触面进行有限元网格划分，在所述第一针阀和所述第一阀座之间建立运动耦合单元，所述运动耦合单元包括主节点和多个从节点；

43、第二模型建立模块，用于根据发动机转速和所述待分析高压油泵的泵油相位，建立电磁阀模型，通过所述电磁阀模型模拟所述电磁阀模型中第二针阀和第二阀座之间的敲击过程；

44、第三模型建立模块，用于根据所述待分析高压油泵的凸轮型线和柱塞结构，建立柱塞模型；

45、第四模型建立模块，用于根据所述待分析高压油泵的出油阀结构，建立出油阀模型；

46、落座力确定模块，用于根据所述待分析高压油泵的结构，装配所述柱塞模型和所述出油阀模型，根据所述待分析高压油泵的预设工况，确定所述第二针阀和所述第二阀座在所述敲击过程中产生的落座力；

47、响应结果确定模块，用于将所述落座力加载到所述柔性体模型的主节点上，通过所述运动耦合单元将所述落座力分配到所述从节点上，确定所述待分析高压油泵的响应结果；

48、预测结果确定模块，用于根据所述响应结果，确定所述待分析高压油泵的针阀落座敲击异响预测结果。

49、可选的，所述响应结果至少包括：敲击功率和辐射声功率；所述响应结果确定模块，包括：

50、第一功率确定子模块，用于根据所述落座力和针阀落座速度，确定所述待分析高压油泵撞击时刻的敲击功率；

51、第二功率确定子模块，用于以所述落座力作为激励力，确定所述待分析高压油泵的辐射声功率。

52、可选的，所述预测结果确定模块，包括：

53、预测结果确定子模块，用于在所述敲击功率大于第一临界值和/或所述辐射声功率大于第二临界值的情况下，确定所述待分析高压油泵的针阀落座敲击异响预测结果为：所述待分析高压油泵存在敲击异响和噪声风险。

54、可选的，所述主节点建立在所述第一针阀和所述第一阀座的接触点上，所述从节点为所述接触面上除所述接触点之外的不少于第一数值的网格节点。

55、可选的，所述装置还包括：

56、模型缩减模块，用于在所述建立待分析高压油泵的柔性体模型之后，对所述柔性体模型进行结构缩减，保留所述主节点的法相自由度，以及保留所述多个从节点中泵体外表面顶部、侧面圆柱面上不少于第二数值的子从节点的法相自由度，得到包括运动耦合子单元的子模型；

57、所述响应结果确定模块，包括：

58、第一响应结果确定子模块，用于将所述落座力加载到所述子模型的主节点上，通过所述运动耦合子单元将所述落座力分配到所述子从节点上，确定所述待分析高压油泵的响应结果。

59、可选的，所述泵油相位包括：电磁阀开启相位和电磁阀单次持续时间相位；所述第二模型建立模块，包括：

60、频率确定子模块，用于根据所述发动机转速和单工作循环泵油次数，确定所述电磁阀模型的开启频率；

61、相位设计子模块，用于根据所述待分析高压油泵中的电磁阀开启相位设计值和电磁阀单次持续时间相位设计值，设定所述电磁阀模型的电磁阀开启相位和单次开始持续时间相位；

62、第二模型建立子模块，用于根据所述电磁阀模型的开启频率、电磁阀开启相位和单次开始持续时间相位，建立所述电磁阀模型。

63、可选的，所述电磁阀模型中至少包括所述第二针阀和回位弹簧，所述回位弹簧一端作用在所述第二针阀，另一端作用在所述第二阀座，所述回位弹簧的弹簧刚度和弹簧预紧力均为所述待分析高压油泵的设计值，所述电磁阀模型保留所述第二针阀与泵体的相对自由度。

64、可选的，所述第三模型建立模块，包括：

65、转速确定子模块，用于创建凸轮轴添加转速驱动，确定所述凸轮轴的凸轮轴转速；

66、曲线确定子模块，用于根据所述待分析高压油泵的凸轮型线设计值确定柱塞的位移曲线，所述柱塞的位移曲线是随所述待分析高压油泵的凸轮转角变化的位移曲线；

67、第三模型建立子模块，用于根据所述凸轮轴转速、所述柱塞的位移曲线以及所述待分析高压油泵的柱塞结构，构建所述柱塞模型。

68、可选的，在所述柱塞模型中，所述柱塞的质量和直径为所述待分析高压油泵的设计值，所述柱塞的有效长度按照所述待分析高压油泵中柱塞运动自由度方向的最大位移量计算，所述柱塞和泵体之间具有沿柱塞轴向的平动自由度。

69、可选的，所述第二针阀的质量为所述待分析高压油泵中的针阀质量设计值，所述第二针阀的有效长度按照所述待分析高压油泵中针阀运动自由度方向的最大位移量设定，所述第二针阀和所述第二阀座接触部位的节流孔保留所述待分析高压油泵中的流通截面参数。

70、可选的，在所述柱塞模型中，所述柱塞和所述泵体围成的液压腔体的最小体积以及所述液压腔体的内部压力初始值根据所述待分析高压油泵的设计值设定，所述柱塞模型的液压腔体与所述电磁阀模型的液压腔体通过所述节流孔连通，保留所述柱塞与所述液压腔体的壁面之间的接触刚度。

71、可选的，所述第四模型建立模块，包括：

72、第四模型建立子模块，用于根据所述待分析高压油泵的出油阀小球的质量设计值、直径设计值，所述待分析高压油泵的出油阀弹簧的弹簧刚度设计值、弹簧预紧力设计值，以及所述待分析高压油泵的出油口阀座的出口孔直径设计值、孔延伸角度设计值，建立所述出油阀模型；

73、其中，在所述出油阀模型中，所述出油阀小球和所述出油口阀座的接触刚度按有限元模型标定刚度设定。

74、可选的，所述落座力确定模块，包括：

75、参数确定子模块，用于根据所述待分析高压油泵的结构，装配所述柱塞模型和所述出油阀模型，设定接触参数，所述接触参数至少包括：接触刚度、所述出油阀的相关参数；

76、落座力确定子模块，用于根据所述待分析高压油泵的预设工况，确定在所述凸轮轴的不同凸轮轴转速下，所述第二针阀和所述第二阀座在所述敲击过程中产生的落座力。

77、可选的，所述响应结果确定模块，包括：

78、第二响应结果确定子模块，用于在所述凸轮轴的不同凸轮轴转速下，将所述不同凸轮轴转速下各自对应的落座力加载到所述柔性体模型的主节点上，通过所述运动耦合单元将所述落座力分配到所述从节点上，确定所述不同凸轮轴转速下对应的响应结果；

79、第三响应结果确定子模块，用于根据所述不同凸轮轴转速下的响应结果，确定所述待分析高压油泵的响应结果。

80、本发明实施例第三方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括：包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被该处理器执行时实现如本发明实施例第一方面的高压油泵针阀落座敲击预测方法。

81、本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面的高压油泵针阀落座敲击预测方法。

82、通过本发明实施例提供的高压油泵针阀落座敲击预测方法，首先，建立待分析高压油泵的柔性体模型，对柔性体模型中的第一针阀和第一阀座之间的接触面进行有限元网格划分，在第一针阀和第一阀座之间建立包括主节点和多个从节点的运动耦合单元；接着，根据发动机转速和待分析高压油泵的泵油相位，建立电磁阀模型，通过电磁阀模型模拟电磁阀模型中第二针阀和第二阀座之间的敲击过程；其次，根据待分析高压油泵的凸轮型线和柱塞结构，建立柱塞模型，以及，根据待分析高压油泵的出油阀结构，建立出油阀模型；然后，根据待分析高压油泵的结构，装配柱塞模型和出油阀模型，根据预设工况，确定第二针阀和第二阀座在敲击过程中产生的落座力；最后，将落座力加载到主节点上，通过运动耦合单元将落座力分配到各从节点上，确定待分析高压油泵的响应结果，从而根据响应结果，得到待分析高压油泵的针阀落座敲击异响预测结果。在本实施例中，针对待分析高压油泵，即项目前期开发设计出的高压油泵，可以通过对待分析高压油泵进行有限元网格划分，在第一针阀和第一阀座之间设置包括主从节点的运动耦合单元，建立柔性体模型，以便考虑待分析高压油泵泵体结构在针阀落座过程中的弹性形变，以及，根据待分析高压油泵的各项设计参数分别建立电磁阀模型、柱塞模型和出油阀模型，并根据待分析高压油泵的结构进行模型装配，从而根据预设工况快速准确的计算出高压油泵针阀阀座之间的落座力，以将落座力加载到待分析高压油泵柔性体模型的泵体阀座处(即运动耦合单元上)，快速精准的得到针阀落座敲击异响预测效果，以在产品设计开发阶段预测分析高压油泵针阀落座敲击异响和噪声风险，以便优化设计，消除项目开发中、后期噪声风险难以控制的问题，最终降低产品敲击异响和噪声风险，提升顾客驾乘体验。