基于白車身的模態試驗方法分析

陳 明，周 正，李紹磊

（東風汽車公司 技術中心，襄陽 441004）

近年來，隨著科技的進步，試驗模態分析技術取得了快速的發展，受到了汽車行業的高度重視，已經成為解決汽車振動噪聲問題的必備工具［1］。

目前，基于模態試驗的車身結構分析大多采用單輸入多輸出的SIMO試驗法完成。但是由于SIMO法自身的局限性，從20世紀80年代開始，陸續出現了一些多輸入多輸出 （MIMO）的模態參數識別方法。

對于白車身模態試驗而言，SIMO法的激勵能量是否足夠，是否會丟失一些重要的整體模態，MIMO法是否會得到更理想的試驗結果，對于常規的乘用車白車身模態試驗，究竟哪種試驗方法更適用？這些問題目前還沒有確定答案［2-3］。

本文針對某一指定車型白車身（不帶附件）分別進行SIMO和MIMO測試系統條件下的試驗模態分析，即分別用SIMO法和MIMO法對該指定車型進行試驗模態分析。將兩次試驗獲得的測試結果進行對比分析，研究采用兩種方法得到的模態參數的差異，從而為以后針對不同的試驗對象確定更好的模態試驗方法積累相關經驗。

1 模態試驗分析

為研究SIMO和MIMO測試系統條件下的試驗模態分析結果差異，本文選取某一指定車型白車身作為試驗樣品，先后用SIMO法和MIMO法對其進行試驗模態測試。

1.1 模態試驗測試［2，3］

本次試驗選擇自由模態方式。

為保證試驗結果可比性，本次試驗的兩次測試選用同一樣品，并確保懸掛點、懸掛方式、響應拾振點、模態識別原則等其他測試、分析條件相同，以期最大可能的實現兩次測試僅激勵狀態存在差異。試驗測試條件詳情見表1。

本次試驗通過移動傳感器分批進行測量，相干函數和頻響函數同步觀察，對相干函數紊亂的測點要重新測量。

表1 試驗測試條件詳情表

依據試驗要求依次對樣品進行測試，獲得試驗結果見圖1～圖4。

1.2 模態參數估計

對所得試驗數據進行模態參數估計，獲得模態測試結果，其中測試1獲得12階模態振型，測試2獲得13階模態振型。主要模態測試結果見表2。

表2 模態測試結果

模態參數估計后，獲得樣品模態試驗的MAC圖，見圖 5、圖 6。

1.3 試驗結果分析

本次試驗針對某一指定車型白車身（不帶附件）分別進行SIMO和MIMO測試系統條件下的試驗模態分析，得出如下分析結論。

1）兩次試驗存在多個頻率相同或相近，振型相同的模態振型，具體見表3。

表3 頻率相同或相近，振型相同

2）兩次試驗存在多個頻率相同或相近，振型相似的模態振型，具體見表4。

表4 頻率相同或相近，振型相似

3）本次試驗，測試1獲得12階模態振型，測試2獲得13階模態振型，且測試1獲得的全部12階振型在測試2中均可找到相同或相近振型與之對應。各階振型對應情況見表5。

表5 各階振型對應情況一覽表

4）由幅頻特性圖，兩次試驗在頻率≤60 Hz時，幅頻特性曲線基本一致，在60～100 Hz之間，幅頻特性曲線雖有一定差異，但總體差異不大。

5）由相干曲線圖可知，測試2獲得的相干明顯好于測試1所得相干。

6）兩次試驗相同或相近頻率對應獲得的阻尼比差異不大。

7）綜合分析試驗操作過程及試驗數據后處理結果，認為本次試驗所得數據有效。

2 試驗分析

本次試驗分別用SIMO法和MIMO法對某一指定車型白車身（不帶附件）進行試驗模態分析，對比試驗結果，得到如下結論。

1）兩次測試獲得試驗數據存在極大相似度。尤其是對于整體一階垂直彎曲變形，整體一階扭轉變形，以及整體沿Z向收縮膨脹變形等典型的白車身模態振型的識別，兩次測試獲得試驗結果無明顯差異。

2）本次試驗，測試1獲得12階模態振型，測試2獲得13階模態振型，且測試1獲得的全部12階振型在測試2中均可找到相同或相近振型與之對應。而測試2中有一階模態振型在測試1中無相同或相近振型與之對應，亦即較之測試2，測試1存在丟失的模態振型。

3）從幅頻特性曲線圖，相干曲線圖，以及測試數據后處理得到的MAC圖，振型清晰度等存在的差異可以看出，本次試驗測試2得到的試驗結果優于測試1到的試驗結果。

3 結論

本文針對某一指定車型白車身（不帶附件）分別進行SIMO和MIMO測試系統條件下的試驗模態分析，并對獲得的試驗結果進行對比分析，研究兩種測試方法下獲得的試驗結果差異，以期能夠針對不同的試驗對象確定更好的模態試驗方法。本次試驗結論如下。

1）兩種測試方法均能較好的識別整體一階垂直彎曲變形，整體一階扭轉變形等典型的白車身模態振型，且試驗結果差別不大，因而當試驗目的為僅對樣品整體一階垂直彎曲變形，整體一階扭轉變形等典型振型進行分析時，SIMO法足可以滿足試驗要求。

2）從試驗結果看MIMO法較之SIMO法存在一定優勢，因而當對樣品進行精確、詳盡分析時，建議使用MIMO法進行試驗模態分析。

［1］陳永新，譚繼錦，陳劍，汪文江.轎車白車身模態試驗研究 ［J］.汽車技術， 2007， 11：45-48.

［2］沃德·海倫，斯蒂芬·拉門茲，波爾·薩斯著，白化同，郭繼忠，譯.模態分析理論與試驗［M］.北京:北京理工大學出版社，2001.

［3］傅志方，華宏星.模態分析理論與應用 ［M］.上海:上海交通大學出版社，2000.