黃祖嚴(yán)

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

引言

汽車的車身設(shè)計(jì)是整個(gè)汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的一部分，涉及到汽車外形美觀，汽車碰撞安全，汽車輕量化，汽車密封性，汽車平順性等各個(gè)方面。如果汽車車身動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)不合理，很容易在路面激勵(lì)下發(fā)生共振，進(jìn)一步影響汽車行駛的平順性。近年來，工程研究人員針對(duì)汽車的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了大量的研究。

2012年鄭錦濤等利用最小二乘復(fù)頻域法研究了某車輛白車身的動(dòng)態(tài)特性，得到了其前10階模態(tài)參數(shù)，利用得到對(duì)的參數(shù)對(duì)白車身進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)[1]。張建等利用 smart office平臺(tái)對(duì)某車輛白車身進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，并研究了當(dāng)結(jié)構(gòu)改變時(shí)該白車身結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)所產(chǎn)生的變化[2]。2013年劉成武等利用錘擊的方法對(duì)某車輛白車身進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和阻尼參數(shù)對(duì)結(jié)果影響較大[3]。2014年王宏宇等利用計(jì)算的方法分析了某轎車的動(dòng)態(tài)特性，并且對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，降低了固有頻率和質(zhì)量[4]。張華鑫等通過實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)兩周不同的汽車白車身進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，并且將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比[5]。2015年韓陽等利用實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合的方法對(duì)某轎車進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的結(jié)果誤差在10%以內(nèi)[6]。2016年陳海潮等利用統(tǒng)計(jì)分析的方法研究了某轎車白車身剛度等關(guān)鍵性參數(shù)[7]紀(jì)霞等利用實(shí)驗(yàn)和仿真的方法對(duì)某轎車模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)標(biāo)研究[8]。2017年姚再奇等對(duì)某轎車白車身進(jìn)行了剛度優(yōu)化[9]。

本文利用西門子公司的LMS test.lab模態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)對(duì)某電動(dòng)汽車白車身自由進(jìn)行了測(cè)試分析，得到了前幾階模態(tài)參數(shù)，并且根據(jù)測(cè)試的結(jié)果對(duì)該白車身動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

對(duì)白車身進(jìn)行四點(diǎn)支撐，采用空氣彈簧支撐于車身底部縱梁上，以模擬整車處于自由－自由狀態(tài)。保證其剛體模態(tài)遠(yuǎn)小于第一階彈性體模態(tài)。采用兩個(gè)激振器產(chǎn)生猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)對(duì)白車身進(jìn)行激勵(lì)，兩個(gè)激振器分別置于車身左前縱梁與右后縱梁位置。采用10之三向加速度傳感器采集車身個(gè)點(diǎn)的加速度信號(hào)。采用的主要儀器及型號(hào)如表1所示。實(shí)驗(yàn)整體布置方案如圖1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖1 實(shí)驗(yàn)方案圖

在白車身上布置加速度傳感器以采集車身結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，共布置268個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)取所有測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)值建立模型測(cè)點(diǎn)布置情況和模型圖如圖2所示。

圖2 測(cè)點(diǎn)布置情況

測(cè)試時(shí)分析頻率為 256Hz，頻率分辨率 0.125Hz，平均次數(shù)為30次。最終將全部測(cè)試點(diǎn)的加速度響應(yīng)的頻響函數(shù)進(jìn)行綜合分析，得出模態(tài)頻率及對(duì)應(yīng)振型。測(cè)試時(shí)因?yàn)閭鞲衅鲾?shù)量少于測(cè)點(diǎn)數(shù)量，所以采用移動(dòng)傳感器的方式進(jìn)行測(cè)試。每次測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)為10個(gè)，一共需要測(cè)試27次。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

將測(cè)試的數(shù)據(jù)見過利用 LMS.test.lab軟件的模態(tài)分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可得穩(wěn)態(tài)圖，見圖 3。從穩(wěn)態(tài)圖分析可知該車輛的前三階模態(tài)固有頻率為42.9Hz，48.5Hz和53.7Hz。

圖3 穩(wěn)態(tài)圖

其前三階模態(tài)的振型圖分別如圖4-6所示，根據(jù)振型動(dòng)畫分析可知，第一階模態(tài)振型為整體的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)，第二階模態(tài)振型為前機(jī)艙橫擺模態(tài)。第三階模態(tài)振型為一階彎曲模態(tài)。

圖4 第一階振型

圖5 第二階模態(tài)振型

圖6 第三階模態(tài)振型

為評(píng)價(jià)該電動(dòng)汽車白車身設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)特性是否滿足需要，將其和設(shè)計(jì)目標(biāo)值記性了列表對(duì)比，對(duì)比情況如表2所示[10,11]。

表2 對(duì)比表

從對(duì)比的情況可知所設(shè)計(jì)的車身的前三階模態(tài)固有頻率均高于目標(biāo)值，能夠有效的避開路面激勵(lì)頻率，從而達(dá)到避免共振，減小振動(dòng)的效果。所設(shè)計(jì)的車身動(dòng)態(tài)特性滿足設(shè)計(jì)要求。

3 總結(jié)

本文振動(dòng)某電動(dòng)汽車白車身，利用西門子公司的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，所做的工作可歸結(jié)如下：

（1）搭建了測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)，建立了白車身幾何模型。

（2）進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試和分析，得到了前三階模態(tài)的固有頻率和振型。

（3）利用測(cè)試的結(jié)果對(duì)該白車身進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)要求。

本文的方法和結(jié)果對(duì)電動(dòng)汽車白車身動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 鄭錦濤,楊志堅(jiān).某乘用車白車身試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析及動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2012,29(5):85-89.

[2] 張建,唐文獻(xiàn),馬寶,等.某轎車白車身試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2012,26(2):146-149.

[3] 劉成武,錢林方,洪亮.基于 polyMAX的白車身錘擊實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)及靈敏度分析[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào),2013,11(4):359-363,3.

[4] 王宏宇.某 SUV 白車身模態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014（15）:12-13.

[5] 張華鑫,童敏勇.某轎車白車身模態(tài)試驗(yàn)分析研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2014(3):107-109.

[6] 韓陽,李洪力,朱延鵬.某轎車白車身模態(tài)有限元分析與試驗(yàn)研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2015(3):105-107.

[7] 陳海潮,周文超,徐中皓,等.基于統(tǒng)計(jì)分析的白車身剛度關(guān)鍵參數(shù)研究與應(yīng)用[J].汽車工程,2016,38(10):1278-1282.

[8] 宋紀(jì)俠,王彥,章睿,等.白車身模態(tài)試驗(yàn)與模態(tài)仿真對(duì)標(biāo)研究[J].汽車科技,2016(4):83-86.

[9] 姚再起,門永新,李落星,等.基于梁與接頭靈敏度分析的白車身剛度模態(tài)優(yōu)化[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2017,44(4):9-15.

[10] 陳旭.白車身有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[J].北京汽車,2017(3):46-48.

[11] 焦學(xué)健,邢帥,趙慧力,等.基于 Hyperworks某乘用車白車身剛度及模態(tài)分析[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,31(2):40-43,48.