張永棟

摘要：

白車身作為車輛的關(guān)鍵總成，其模態(tài)參數(shù)是影響駕駛舒適性的重要指標(biāo)。以某款皮卡車為對(duì)象，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以期獲得白車身的200HZ以下模態(tài)的模態(tài)參數(shù)，皮卡白車身的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性，為白車身有限元計(jì)算模型的可靠性提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：

白車身；模態(tài)實(shí)驗(yàn)；動(dòng)態(tài)特性

中圖分類號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）02016701

白車身作為車輛的關(guān)鍵總成，其模態(tài)參數(shù)是影響駕駛舒適性的重要指標(biāo)。汽車車型的發(fā)展和更新在很大程度上取決于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而車身的結(jié)構(gòu)性能對(duì)整車環(huán)保、節(jié)能及舒適及安全性起著重要作用。車身受激勵(lì)后的動(dòng)態(tài)特性是汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的首要問(wèn)題。白車身模態(tài)試驗(yàn)可以直接對(duì)白車身進(jìn)行全面測(cè)試與分析，獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，并根據(jù)得出的車身模態(tài)參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)從而解決產(chǎn)品在使用過(guò)程中的振動(dòng)、噪聲、疲勞等實(shí)際問(wèn)題。目前，反映汽車車身動(dòng)態(tài)特性的設(shè)計(jì)分析，仍然以實(shí)車身試驗(yàn)為主、計(jì)算機(jī)模擬分析為輔。

本文以某款皮卡車為對(duì)象，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以期獲得白車身的200Hz以下模態(tài)的模態(tài)參數(shù)皮卡白車身的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性為白車身有限元計(jì)算模型的可靠性提供依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)測(cè)量和分析系統(tǒng)建立

實(shí)驗(yàn)采用單點(diǎn)激振法進(jìn)行白車身模態(tài)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某型型皮卡白車身，白車身包括了翼子板、保險(xiǎn)杠和頂蓋等關(guān)鍵部件。實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)由車身激振系統(tǒng)、振動(dòng)響應(yīng)采集系統(tǒng)、車身模態(tài)分析及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三大部分組成。其中：

（1）激振系統(tǒng)產(chǎn)生與隨機(jī)信號(hào)相符的振動(dòng)，使車身獲得一定的振動(dòng)量。它由振動(dòng)信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和激振器構(gòu)成；

（2）響應(yīng)采集系統(tǒng)主要采集車身在激振系統(tǒng)作用下產(chǎn)生的響應(yīng)。包括力傳感器、加速度傳感器和信號(hào)采集系統(tǒng)；

（3）車身模態(tài)分析及處理系統(tǒng)主要是模態(tài)分析軟件由采集系統(tǒng)信號(hào)計(jì)算車身振動(dòng)特性。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇如表1所示，實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。

2實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)方法

以車輛前進(jìn)方向的反方向?yàn)閄軸的正方向，前進(jìn)方向的右方位為Y軸正向，垂直向上為Z軸正向，建立車輛坐標(biāo)系。要求X﹑Y﹑Z坐標(biāo)定義符合右手定則。

采用橡皮繩將白車身懸吊，通過(guò)選擇橡皮繩柔軟度使懸吊頻率不大于2Hz，為充分保證避開駕駛室的固有頻率，得到可信度較高的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)使用滑輪裝置調(diào)整白車身位置，使其處于水平狀態(tài)。激振器采用固定方式安裝，通過(guò)螺栓固定于沉重的鐵板，沿Z軸方向布置。此外，激振器還可以采用懸吊方式在X軸或Y軸方向起振。

實(shí)驗(yàn)采用單點(diǎn)激振多點(diǎn)拾振的方法，即采用激振器沿Z軸方向（垂向方向）激振，在測(cè)點(diǎn)的各個(gè)方向采用三坐標(biāo)傳感器進(jìn)行拾振。實(shí)驗(yàn)通過(guò)移動(dòng)傳感器分30余批進(jìn)行測(cè)量，每批采用4個(gè)拾振傳感器在X、Y、Z三個(gè)方向分別拾振。此方法可以盡可能減小傳感器附加質(zhì)量對(duì)結(jié)果的影響，提高測(cè)試精度，但繁瑣增加了工作量。

實(shí)驗(yàn)以研究200Hz以下的低頻模態(tài)為主，激振信號(hào)采用猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)（burst random）。信號(hào)采集系統(tǒng)要完整地保留原始信號(hào)中的信息，設(shè)置分析頻率為195Hz及一定的采樣頻率，保證采樣頻率為分析頻率的2倍以上，來(lái)滿足工程采樣定律的要求，采樣時(shí)間約為180秒。

2.2實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

布置測(cè)點(diǎn)的原則是讓測(cè)量分析模態(tài)更清楚全面地反映白車身振動(dòng)模態(tài)，因此測(cè)點(diǎn)均勻布置在白車身特征部位，例如輪罩、前橫梁、A柱、B柱、地板橫梁、頂蓋橫梁等部位。實(shí)驗(yàn)將138多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，沿車身縱向?qū)ΨQ面安排布置，同時(shí)采集測(cè)點(diǎn)沿X、Y、Z三個(gè)方向的振動(dòng)加速度信號(hào)。以防火墻處為例展示測(cè)點(diǎn)布置方案，其測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。對(duì)白車身的幾何尺寸進(jìn)行測(cè)繪，按照設(shè)置的坐標(biāo)系統(tǒng)將測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息輸入到后處理軟件中，進(jìn)而構(gòu)建白車身線框模型，以便后處理時(shí)可得到各階固有頻率與模態(tài)振型，并通過(guò)振動(dòng)響應(yīng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)較大及剛度低的部位加以改型。

3總結(jié)

依據(jù)上述過(guò)程建立實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。為提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，同時(shí)避免重復(fù)試驗(yàn)，要求各測(cè)點(diǎn)基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)運(yùn)算與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集現(xiàn)場(chǎng)同步進(jìn)行。當(dāng)完成試驗(yàn)獲得各批測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)后，再進(jìn)行白車身的模態(tài)定階和擬合工作，從而獲得其模態(tài)頻率、模態(tài)振型、模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼等參數(shù)，以便為設(shè)計(jì)人員提供更為直觀可靠的信息。

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