某電動汽車白車身模態(tài)實驗及其動態(tài)特性評價

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)計是整個汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計最重要的一部分，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，汽車平順性等各個方面。如果汽車車身動態(tài)特性設(shè)計不合理，很容易在路面激勵下發(fā)生共振，進一步影響汽車行駛的平順性。近年來，工程研究人員針對汽車的動態(tài)特性進行了大量的研究。

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態(tài)特性，得到了其前10階模態(tài)參數(shù)，利用得到對的參數(shù)對白車身進行了動態(tài)特性評價[1]。張建等利用 smart office平臺對某車輛白車身進行了實驗?zāi)B(tài)分析，并研究了當(dāng)結(jié)構(gòu)改變時該白車身結(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某車輛白車身進行了實驗?zāi)B(tài)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和阻尼參數(shù)對結(jié)果影響較大[3]。2014年王宏宇等利用計算的方法分析了某轎車的動態(tài)特性，并且對其進行了優(yōu)化，降低了固有頻率和質(zhì)量[4]。張華鑫等通過實驗的方法對兩周不同的汽車白車身進行了實驗?zāi)B(tài)分析，并且將實驗結(jié)果進行了對比[5]。2015年韓陽等利用實驗和理論結(jié)合的方法對某轎車進行了實驗?zāi)B(tài)分析發(fā)現(xiàn)實驗和計算的結(jié)果誤差在10%以內(nèi)[6]。2016年陳海潮等利用統(tǒng)計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)霞等利用實驗和仿真的方法對某轎車模態(tài)參數(shù)進行了對標(biāo)研究[8]。2017年姚再奇等對某轎車白車身進行了剛度優(yōu)化[9]。

本文利用西門子公司的LMS test.lab模態(tài)測試分析系統(tǒng)對某電動汽車白車身自由進行了測試分析，得到了前幾階模態(tài)參數(shù)，并且根據(jù)測試的結(jié)果對該白車身動態(tài)特性進行了評價。

1 實驗方案

對白車身進行四點支撐，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)。采用兩個激振器產(chǎn)生猝發(fā)隨機信號對白車身進行激勵，兩個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點的加速度信號。采用的主要儀器及型號如表1所示。實驗整體布置方案如圖1所示。

表1 實驗設(shè)備

圖1 實驗方案圖

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個測點，分別測取所有測點的相對坐標(biāo)值建立模型測點布置情況和模型圖如圖2所示。

圖2 測點布置情況

測試時分析頻率為 256Hz，頻率分辨率 0.125Hz，平均次數(shù)為30次。最終將全部測試點的加速度響應(yīng)的頻響函數(shù)進行綜合分析，得出模態(tài)頻率及對應(yīng)振型。測試時因為傳感器數(shù)量少于測點數(shù)量，所以采用移動傳感器的方式進行測試。每次測試數(shù)據(jù)點為10個，一共需要測試27次。

2 實驗結(jié)果及分析

將測試的數(shù)據(jù)見過利用 LMS.test.lab軟件的模態(tài)分析模塊進行數(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

為評價該電動汽車白車身設(shè)計動態(tài)特性是否滿足需要，將其和設(shè)計目標(biāo)值記性了列表對比，對比情況如表2所示[10,11]。

表2 對比表

從對比的情況可知所設(shè)計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頻率，從而達到避免共振，減小振動的效果。所設(shè)計的車身動態(tài)特性滿足設(shè)計要求。

3 總結(jié)

本文振動某電動汽車白車身，利用西門子公司的模態(tài)測試系統(tǒng)對其進行了試驗?zāi)B(tài)分析，所做的工作可歸結(jié)如下：

（1）搭建了測試系統(tǒng)平臺，建立了白車身幾何模型。

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

（3）利用測試的結(jié)果對該白車身進行了動態(tài)特性評價，發(fā)現(xiàn)滿足設(shè)計要求。

本文的方法和結(jié)果對電動汽車白車身動態(tài)特性設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 鄭錦濤,楊志堅.某乘用車白車身試驗?zāi)B(tài)分析及動態(tài)特性評價[J].機械設(shè)計,2012,29(5):85-89.

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

[3] 劉成武,錢林方,洪亮.基于 polyMAX的白車身錘擊實驗?zāi)B(tài)及靈敏度分析[J].福建工程學(xué)院學(xué)報,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[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)試驗分析研究[J].機械研究與應(yīng)用,2014(3):107-109.

[6] 韓陽,李洪力,朱延鵬.某轎車白車身模態(tài)有限元分析與試驗研究[J].機械研究與應(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)試驗與模態(tài)仿真對標(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（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?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(自然科學(xué)版),2017,31(2):40-43,48.