黄祖严

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

引言

汽车的车身设计是整个汽车结构设计最重要的一部分，涉及到汽车外形美观，汽车碰撞安全，汽车轻量化，汽车密封性，汽车平顺性等各个方面。如果汽车车身动态特性设计不合理，很容易在路面激励下发生共振，进一步影响汽车行驶的平顺性。近年来，工程研究人员针对汽车的动态特性进行了大量的研究。

2012年郑锦涛等利用最小二乘复频域法研究了某车辆白车身的动态特性，得到了其前10阶模态参数，利用得到对的参数对白车身进行了动态特性评价[1]。张建等利用 smart office平台对某车辆白车身进行了实验模态分析，并研究了当结构改变时该白车身结构模态参数所产生的变化[2]。2013年刘成武等利用锤击的方法对某车辆白车身进行了实验模态分析，发现结构质量和阻尼参数对结果影响较大[3]。2014年王宏宇等利用计算的方法分析了某轿车的动态特性，并且对其进行了优化，降低了固有频率和质量[4]。张华鑫等通过实验的方法对两周不同的汽车白车身进行了实验模态分析，并且将实验结果进行了对比[5]。2015年韩阳等利用实验和理论结合的方法对某轿车进行了实验模态分析发现实验和计算的结果误差在10%以内[6]。2016年陈海潮等利用统计分析的方法研究了某轿车白车身刚度等关键性参数[7]纪霞等利用实验和仿真的方法对某轿车模态参数进行了对标研究[8]。2017年姚再奇等对某轿车白车身进行了刚度优化[9]。

本文利用西门子公司的LMS test.lab模态测试分析系统对某电动汽车白车身自由进行了测试分析，得到了前几阶模态参数，并且根据测试的结果对该白车身动态特性进行了评价。

1 实验方案

对白车身进行四点支撑，采用空气弹簧支撑于车身底部纵梁上，以模拟整车处于自由－自由状态。保证其刚体模态远小于第一阶弹性体模态。采用两个激振器产生猝发随机信号对白车身进行激励，两个激振器分别置于车身左前纵梁与右后纵梁位置。采用10之三向加速度传感器采集车身个点的加速度信号。采用的主要仪器及型号如表1所示。实验整体布置方案如图1所示。

表1 实验设备

图1 实验方案图

在白车身上布置加速度传感器以采集车身结构的响应，共布置268个测点，分别测取所有测点的相对坐标值建立模型测点布置情况和模型图如图2所示。

图2 测点布置情况

测试时分析频率为 256Hz，频率分辨率 0.125Hz，平均次数为30次。最终将全部测试点的加速度响应的频响函数进行综合分析，得出模态频率及对应振型。测试时因为传感器数量少于测点数量，所以采用移动传感器的方式进行测试。每次测试数据点为10个，一共需要测试27次。

2 实验结果及分析

将测试的数据见过利用 LMS.test.lab软件的模态分析模块进行数据分析可得稳态图，见图 3。从稳态图分析可知该车辆的前三阶模态固有频率为42.9Hz，48.5Hz和53.7Hz。

图3 稳态图

其前三阶模态的振型图分别如图4-6所示，根据振型动画分析可知，第一阶模态振型为整体的一阶扭转模态，第二阶模态振型为前机舱横摆模态。第三阶模态振型为一阶弯曲模态。

图4 第一阶振型

图5 第二阶模态振型

图6 第三阶模态振型

为评价该电动汽车白车身设计动态特性是否满足需要，将其和设计目标值记性了列表对比，对比情况如表2所示[10,11]。

表2 对比表

从对比的情况可知所设计的车身的前三阶模态固有频率均高于目标值，能够有效的避开路面激励频率，从而达到避免共振，减小振动的效果。所设计的车身动态特性满足设计要求。

3 总结

本文振动某电动汽车白车身，利用西门子公司的模态测试系统对其进行了试验模态分析，所做的工作可归结如下：

（1）搭建了测试系统平台，建立了白车身几何模型。

（2）进行了模态测试和分析，得到了前三阶模态的固有频率和振型。

（3）利用测试的结果对该白车身进行了动态特性评价，发现满足设计要求。

本文的方法和结果对电动汽车白车身动态特性设计具有一定的指导意义。

[1] 郑锦涛,杨志坚.某乘用车白车身试验模态分析及动态特性评价[J].机械设计,2012,29(5):85-89.

[2] 张建,唐文献,马宝,等.某轿车白车身试验模态分析[J].江苏科技大学学报（自然科学版）,2012,26(2):146-149.

[3] 刘成武,钱林方,洪亮.基于 polyMAX的白车身锤击实验模态及灵敏度分析[J].福建工程学院学报,2013,11(4):359-363,3.

[4] 王宏宇.某 SUV 白车身模态分析及优化设计[J].科技创新与应用,2014（15）:12-13.

[5] 张华鑫,童敏勇.某轿车白车身模态试验分析研究[J].机械研究与应用,2014(3):107-109.

[6] 韩阳,李洪力,朱延鹏.某轿车白车身模态有限元分析与试验研究[J].机械研究与应用,2015(3):105-107.

[7] 陈海潮,周文超,徐中皓,等.基于统计分析的白车身刚度关键参数研究与应用[J].汽车工程,2016,38(10):1278-1282.

[8] 宋纪侠,王彦,章睿,等.白车身模态试验与模态仿真对标研究[J].汽车科技,2016(4):83-86.

[9] 姚再起,门永新,李落星,等.基于梁与接头灵敏度分析的白车身刚度模态优化[J].湖南大学学报（自然科学版）,2017,44(4):9-15.

[10] 陈旭.白车身有限元模态分析与试验模态分析[J].北京汽车,2017(3):46-48.

[11] 焦学健,邢帅,赵慧力,等.基于 Hyperworks某乘用车白车身刚度及模态分析[J].山东理工大学学报(自然科学版),2017,31(2):40-43,48.