某電動汽車白車身模態實驗及其動態特性評價

黃祖嚴

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

引言

汽車的車身設計是整個汽車結構設計最重要的一部分，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。如果汽車車身動態特性設計不合理，很容易在路面激勵下發生共振，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特性進行了大量的研究。

2012年鄭錦濤等利用最小二乘復頻域法研究了某車輛白車身的動態特性，得到了其前10階模態參數，利用得到對的參數對白車身進行了動態特性評價[1]。張建等利用 smart office平臺對某車輛白車身進行了實驗模態分析，并研究了當結構改變時該白車身結構模態參數所產生的變化[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模態分析，發現結構質量和阻尼參數對結果影響較大[3]。2014年王宏宇等利用計算的方法分析了某轎車的動態特性，并且對其進行了優化，降低了固有頻率和質量[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模態分析，并且將實驗結果進行了對比[5]。2015年韓陽等利用實驗和理論結合的方法對某轎車進行了實驗模態分析發現實驗和計算的結果誤差在10%以內[6]。2016年陳海潮等利用統計分析的方法研究了某轎車白車身剛度等關鍵性參數[7]紀霞等利用實驗和仿真的方法對某轎車模態參數進行了對標研究[8]。2017年姚再奇等對某轎車白車身進行了剛度優化[9]。

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

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。保證其剛體模態遠小于第一階彈性體模態。采用兩個激振器產生猝發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構的響應，共布置268個測點，分別測取所有測點的相對坐標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，平均次數為30次。最終將全部測試點的加速度響應的頻響函數進行綜合分析，得出模態頻率及對應振型。測試時因為傳感器數量少于測點數量，所以采用移動傳感器的方式進行測試。每次測試數據點為10個，一共需要測試27次。

2 實驗結果及分析

將測試的數據見過利用 LMS.test.lab軟件的模態分析模塊進行數據分析可得穩態圖，見圖 3。從穩態圖分析可知該車輛的前三階模態固有頻率為42.9Hz，48.5Hz和53.7Hz。

圖3 穩態圖

其前三階模態的振型圖分別如圖4-6所示，根據振型動畫分析可知，第一階模態振型為整體的一階扭轉模態，第二階模態振型為前機艙橫擺模態。第三階模態振型為一階彎曲模態。

圖4 第一階振型

圖5 第二階模態振型

圖6 第三階模態振型

為評價該電動汽車白車身設計動態特性是否滿足需要，將其和設計目標值記性了列表對比，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計的車身的前三階模態固有頻率均高于目標值，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。所設計的車身動態特性滿足設計要求。

3 總結

本文振動某電動汽車白車身，利用西門子公司的模態測試系統對其進行了試驗模態分析，所做的工作可歸結如下：

（1）搭建了測試系統平臺，建立了白車身幾何模型。

（2）進行了模態測試和分析，得到了前三階模態的固有頻率和振型。

（3）利用測試的結果對該白車身進行了動態特性評價，發現滿足設計要求。

本文的方法和結果對電動汽車白車身動態特性設計具有一定的指導意義。

[1] 鄭錦濤,楊志堅.某乘用車白車身試驗模態分析及動態特性評價[J].機械設計,2012,29(5):85-89.

[2] 張建,唐文獻,馬寶,等.某轎車白車身試驗模態分析[J].江蘇科技大學學報（自然科學版）,2012,26(2):146-149.

[3] 劉成武,錢林方,洪亮.基于 polyMAX的白車身錘擊實驗模態及靈敏度分析[J].福建工程學院學報,2013,11(4):359-363,3.

[4] 王宏宇.某 SUV 白車身模態分析及優化設計[J].科技創新與應用,2014（15）:12-13.

[5] 張華鑫,童敏勇.某轎車白車身模態試驗分析研究[J].機械研究與應用,2014(3):107-109.

[6] 韓陽,李洪力,朱延鵬.某轎車白車身模態有限元分析與試驗研究[J].機械研究與應用,2015(3):105-107.

[7] 陳海潮,周文超,徐中皓,等.基于統計分析的白車身剛度關鍵參數研究與應用[J].汽車工程,2016,38(10):1278-1282.

[8] 宋紀俠,王彥,章睿,等.白車身模態試驗與模態仿真對標研究[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優化[J].湖南大學學報（自然科學版）,2017,44(4):9-15.

[10] 陳旭.白車身有限元模態分析與試驗模態分析[J].北京汽車,2017(3):46-48.

[11] 焦學健,邢帥,趙慧力,等.基于 Hyperworks某乘用車白車身剛度及模態分析[J].山東理工大學學報(自然科學版),2017,31(2):40-43,48.