利用白车身振动模态试验对车辆动态设计的评价与分析

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1、利用白车身振动模态试验对车辆动态设计的评价与分析麻海舰周鋐（同济大学汽车学院，上海201804）[摘要]：本文在建立了白车身的三维几何模态试验模型的基础上，采用多点激振多点拾振方法对车身的模态进行了实测。利用Test.lab软件进行了模态参数识别，并利用模态参数识别结果，为整车的动态特性的分析和结构设计的修改提供方法和理论依据。[关键词]：白车身；振动试验；模态分析TheVibrationTestingandModalAnalysisforBody-in-WhiteofaCarMaHai-jian,ZhouHong（CollegeofAutomotive,Tong

2、jiUniversity,Shanghai201804）[Abstract]:Inthispaper,a3DgeometricalModelisbuiltfortesting,andbasedonthistheMIMOmethod(multi-inputandmulti-output)isappliedtomeasurethemodalofBody-in-White.ModalparametersareextractedwiththehelpofTest.labsoftware.Andtheobtainedresultswillprovidethebasisfor

3、theimprovementandoptimizationdesignofthecarbody．[KeyWords]:Body-inWhite;Vibrationtesting;Modalanalysis1.概述随着汽车工业的发展，车辆动态特性的研究越来越引起人们的重视。汽车车身的动态特性，直接影响到车辆的稳定性和乘员的乘坐舒适性。但由于汽车车身结构复杂，对它的动态的理论研究显得非常困难。而运用试验模态分析技术，可以有效并快速地识别出系统的动态参数，进而为产品的优化设计提供实用的信息。2.车身振动模态测试模态试验是指以测取被测试系统的模态参数为目的所进行的试验。一

4、般情况下是对被测试系统进行专门设置的激振试验。通过同时测量系统的输入和输出信号，运用数字信号处理技术，估计出被测系统的频响函数或脉冲响应函数，得到系统的非参数模型。然后运用不同的参数识别[1]方法，求得系统模态参数。2.1试验测试系统及准备试验测量分析系统由试验激振系统、响应拾振系统以及模态分析和处理系统等三大部分组成。其中(1)试验激振系统包括：激振信号发生器、功激振器功率放大器激振信号发生器率放大器和激振器；(2)响应拾振系统包括压电晶力传感器体加速度传感器、力传感器和信号放大和智能采集白车身系统；(3)模态分析和处理192个加速度传感器系统主要是模态分析软件

5、Test.lab。具体的测试系统如图1所示。数据采集前端模态测试分析系统模态参数图1试验测量分析系统联接关系图第1页共4页从上图可以看出，该分析测试系统配置是一台工作站连接一部多通道数据采集前端，数据[2]采集前端以模块化特征为前端，这样可以大大提高测试和分析的能力。为保证识别出的频响函数具有较好的一致性，并且不遗漏模态。频响函数测试采用多点全[3]相干激振的方法，即多点同时激振且各激励信号完全相干并具有固定的比例关系。这样可以保证较高的信噪比，改善输入能量在结构上的分布。多点全相干激励要求激励信号必须为确定性信号，因此激励信号采用随机触发（burstrandom

6、）信号，它具有了周期随机信号的所有优点，而且测试速度更快。为模拟车身的“自由-自由”状态，被测轿车白车身采用悬吊安装方式，要求悬挂绳要足够软，以便保证刚体共振频率远低于第一阶弹性体共振频率（一般要求小于10%），试验中悬挂用的橡皮绳固有频率为2Hz左右，因此可以认为是自由支承。2.2试验测点布置为了对白车身模态进行测试，首先对白车身进行了几何尺寸测绘，并建立了三维几何试验模型，安排布置了192个测试点，并对每一个测点进行X、Y和Z三个方向的加速度信号拾振。根据测点的位置坐标建立模态测试试验模型，如图2所示。测点布置的原则是尽可能清楚全面地反映车身的整体振动模态，因

7、此应均匀分布，在感兴趣的区域可以多布置响应点。激振点位置的选择应避开结构模态节点或者支撑点，因此不宜选在对称的平面上，可以通过预试验的方法反复调试信号以获取理想的激振位置。最终确定三个方向的激振位置：Z方向布置在左侧纵梁前部，Y方向布置在轮罩位置，X方向布置在中央通道刚度较大位置，具体位置如图2所示。图2测点模型图2.3测试系统调试以及验证根据采样定理：采样频率应大于分析信号中最高频率成分的两倍。我们所关心的白车身频率大约在200Hz以下，因此确定信号采集时的采样频率为640Hz。为了降低测试中噪声的影响，因此采用平均技术来降低随机误差，平均段数为100段。整个试

8、验系统连接