某皮卡白车身模态实验设计

张永栋

摘要：

白车身作为车辆的关键总成，其模态参数是影响驾驶舒适性的重要指标。以某款皮卡车为对象，进行试验设计，以期获得白车身的200HZ以下模态的模态参数，皮卡白车身的动态振动特性，为白车身有限元计算模型的可靠性提供依据。

关键词：

白车身；模态实验；动态特性

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）02016701

白车身作为车辆的关键总成，其模态参数是影响驾驶舒适性的重要指标。汽车车型的发展和更新在很大程度上取决于车身结构设计，而车身的结构性能对整车环保、节能及舒适及安全性起着重要作用。车身受激励后的动态特性是汽车车身结构设计过程中需要考虑的首要问题。白车身模态试验可以直接对白车身进行全面测试与分析，获得结构的动态特性，并根据得出的车身模态参数，进行结构改进从而解决产品在使用过程中的振动、噪声、疲劳等实际问题。目前，反映汽车车身动态特性的设计分析，仍然以实车身试验为主、计算机模拟分析为辅。

本文以某款皮卡车为对象，进行试验设计，以期获得白车身的200Hz以下模态的模态参数皮卡白车身的动态振动特性为白车身有限元计算模型的可靠性提供依据。

1实验测量和分析系统建立

实验采用单点激振法进行白车身模态实验。实验对象为某型型皮卡白车身，白车身包括了翼子板、保险杠和顶盖等关键部件。实验测量分析系统由车身激振系统、振动响应采集系统、车身模态分析及数据处理系统三大部分组成。其中：

（1）激振系统产生与随机信号相符的振动，使车身获得一定的振动量。它由振动信号发生器、功率放大器和激振器构成；

（2）响应采集系统主要采集车身在激振系统作用下产生的响应。包括力传感器、加速度传感器和信号采集系统；

（3）车身模态分析及处理系统主要是模态分析软件由采集系统信号计算车身振动特性。

实验设备选择如表1所示，实验原理如图1所示。

2实验方案设计

2.1实验方法

以车辆前进方向的反方向为X轴的正方向，前进方向的右方位为Y轴正向，垂直向上为Z轴正向，建立车辆坐标系。要求X﹑Y﹑Z坐标定义符合右手定则。

采用橡皮绳将白车身悬吊，通过选择橡皮绳柔软度使悬吊频率不大于2Hz，为充分保证避开驾驶室的固有频率，得到可信度较高的结果，实验使用滑轮装置调整白车身位置，使其处于水平状态。激振器采用固定方式安装，通过螺栓固定于沉重的铁板，沿Z轴方向布置。此外，激振器还可以采用悬吊方式在X轴或Y轴方向起振。

实验采用单点激振多点拾振的方法，即采用激振器沿Z轴方向（垂向方向）激振，在测点的各个方向采用三坐标传感器进行拾振。实验通过移动传感器分30余批进行测量，每批采用4个拾振传感器在X、Y、Z三个方向分别拾振。此方法可以尽可能减小传感器附加质量对结果的影响，提高测试精度，但繁琐增加了工作量。

实验以研究200Hz以下的低频模态为主，激振信号采用猝发随机信号（burst random）。信号采集系统要完整地保留原始信号中的信息，设置分析频率为195Hz及一定的采样频率，保证采样频率为分析频率的2倍以上，来满足工程采样定律的要求，采样时间约为180秒。

2.2实验测点布置

布置测点的原则是让测量分析模态更清楚全面地反映白车身振动模态，因此测点均匀布置在白车身特征部位，例如轮罩、前横梁、A柱、B柱、地板横梁、顶盖横梁等部位。实验将138多个测试点，沿车身纵向对称面安排布置，同时采集测点沿X、Y、Z三个方向的振动加速度信号。以防火墙处为例展示测点布置方案，其测点布置如图3所示。对白车身的几何尺寸进行测绘，按照设置的坐标系统将测点的空间坐标信息输入到后处理软件中，进而构建白车身线框模型，以便后处理时可得到各阶固有频率与模态振型，并通过振动响应发现振动较大及刚度低的部位加以改型。

3总结

依据上述过程建立实验台架。为提高试验数据的准确率，同时避免重复试验，要求各测点基于试验数据的频率响应传递函数运算与试验数据的采集现场同步进行。当完成试验获得各批测点的响应信号后，再进行白车身的模态定阶和拟合工作，从而获得其模态频率、模态振型、模态刚度和模态阻尼等参数，以便为设计人员提供更为直观可靠的信息。

参考文献

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