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1、试验与研究汽车整车及零部件试验模态分析测试技术同济大学汽车工程系张立军余卓平靳晓雄周宏[摘要]试验模态分析技术是获取结构动态特性的最重要手段之一。本文首先介绍了模态试验分析动态测试技术的基本内容,然后依次详细阐述了汽车白车身、充气轮胎以及后桥模态分析试验的动态测试的试验方案和具体方法,并提供了部分模态试验分析的实测模态参数。叙词:模态分析汽车结构试验得到的模态参数结果。1引言随着生活水平的不断提高,人们对汽车综合性能的[1]2试验模态分析动态测试基本技术要求也日益提高。其中,减轻振动强度,降低噪声水平,提高乘车舒适性是最重要的内
2、容之一,而且正受到越来为了更好地了解和理解模态试验的动态测试,下面越多的重视。这就使优化汽车系统的动态特性,控制振对与试验关系最密切的部分作简要介绍。动和噪声成为非常突出的问题。曾有汽车生产企业基于2.1测试系统的组成原车型进行修改得到变型车时,忽视了结构修改对汽车汽车模态测试中主要应用单点激振分析。单点激振系统动态特性的改变,导致车内噪声恶化,造成了不应模态振动测试系统主要由以下部分组成:(1)激振部分,有的损失。目前,对结构动态特性的预测、测试和修改已主要包括信号发生器、功率放大器和激振器等;(2)信号经不是一件十分困难的事
3、。其中,模态分析技术成为最测量和数据采集记录部分,一般包括加速度传感器、阻重要的技术之一。模态分析技术主要是指试验模态分析抗头、电荷放大器和A/D数据转换和记录装置等;(3)技术。所谓试验模态分析技术是通过振动模态试验获得信号分析和频响函数估计部分,通常由模态分析软件和表征结构动态特性的模态参数的一种动态分析方法。通计算机硬件组成。过对结构的模态试验获得模态参数,可以为结构设计部2.2被测试结构的支承门设计和改型提供结构动态基本参数,进行结构系统的被试结构在实际的工作环境中总是处于一定的约振动特性分析,结构动力特性优化设计和修改
4、等。正是束状态,因此试验时首选模拟真实约束状态的支承方由于试验模态分析技术巨大的工程实用价值,使其成为式。如果难以实现,则要考虑替代支承方式。模拟结构利用振动理论解决工程问题的最重要、应用最广泛的技真实的约束状态,能够给出结构实际约束状态下的振动术手段。模型。但必须注意要使铰支等地面支承的基础刚度足够对于包含数以千计零件、结构极其复杂、运行工况大,一般要求振动响应只包含数万赫兹以上的频率成恶劣多变的汽车,必须重视结构系统的动态特性的设计分。替代支承方式常常是模拟自由状态的软悬挂支承方优化,因此必须研究模态分析技术在汽车中的应用问
5、法。软悬挂可以通过弹性绳吊挂或利用弹性基础来实题,尤其是试验模态分析技术的应用。模态分析的关键现。但要保证刚体模态的最低阶频率低于结构自身第一是获得精度高,可信度高的频率响应函数(或脉冲响应阶弹性模态频率的10%～20%,而且,使可能参与振动函数),而这又取决于动态测试环节。因此,本文将着重的质量尽可能小。探讨汽车整车及零部件的试验模态分析技术中的动态2.3关于结构激振测试技术,而且偏重于具体的实施问题。首先介绍试验对于机械导纳的测量,必须采用可以测量的动态力模态分析动态测试技术的基本内容,然后依次详细阐述来对结构进行激振。汽车
6、白车身、充气轮胎以及后桥模态分析试验的动态测2.3.1激振方法试的试验方案和具体方法,最后提供部分实际模态分析多点激振虽然有助于提高测试结果的精度,但通常2000年第5期·37·试验与研究采用单点激振也可以满足测试要求。单点激振时由于激3白车身振动模态试验振位置固定不变,激振器夹具的操作和调整比较省力。2.3.2激振器现代轿车大都采用承载式车身,因此,白车身的动一般分为接触式的激振器和非接触式的激励锤。激态特性对于整车的动态特性具有决定性意义。通过测量振器的优点是可以根据各种激励信号对结构进行激振。得到的模态参数,可以对车身的刚
7、度和阻尼特性进行客但存在连接结构较为复杂,运动部件参数会影响测试结观的评价,而且,也可以为车身结构的分析计算、结构修果等问题。激励锤简单实用,利用锤击激励点产生的脉改提供依据。冲信号激振结构。锤头的质量、硬度和敲击的速度决定某轿车白车身模态分析试验的测试系统如图1所脉冲的特性。激励锤的优点是快速简便,适合于外场测示。被测白车身利用4根柔软的橡皮绳悬吊在刚性良好试。但存在激励能量难以控制,激励幅值受限制等缺点。的支架上,车身保持水平。悬挂点分别位于前后悬架在2.3.3激励信号车身的固定点上,与车身的连接处为4个质量极小的挂模态试验
8、对激励信号有以下要求:包含足够的激励钩。这样,整个车身的约束状态接近于自由状态(实测刚成分;有足够的幅值水平;在结构存在微小非线性因素体模态频率仅为1.75Hz),因此可以测量得到无边界约时,具有一定的抗干扰能力。常用的激励信号是正弦激束状态的模态参数,而且可以
