整车性能集成开发族-NVH子族-车身NVH开发指南与典型案例分析——第三章五节车身模态测试与分析

10.00
1.00
g/N dB (...) Amplitude
-90.00 20.00 20.00 100.00
200.00 300.00 Hz
500.00 0.00
400.00 500.00
C201发动机左悬置与 车身侧原点动刚度
X向 Y向 Z向
C201发动机左悬置
5.2 声振传函（NTF）
悬置、副车架、悬架、控制臂、阻尼器、排气吊耳车身侧接附 NTF目标值：悬置、悬架、副车架≦55dB/N，排气系统、后副车 架横拉杆纵拉杆≦60dB/N
目录
1. 模态分析定义及分类 2. 模态测试 3. 车身整体模态 4. 车身局部模态 5. 车身灵敏度
1. 模态分析定义及分类
1.1 结构模态
➢ 一般地，以振动理论为基础、以模态参数模态为目标的分析方法，称为模 态分析。更确切地说，模态分析是研究系统物理参数模型、模态参数模型 和非参数模型的关系，并通过一定手段确定这些系统模型的理论及其应用 的一门学科。振动结构模态分析则是指对一般结构所做的模态分析。
前车门整体 结构
外蒙皮上的阻尼胶
音响位置的补强胶
5. 车身灵敏度
5.1 车身原点动刚度
车身与发动机悬置、车身与副车架、车身与前后悬架、排气系统车身 侧挂钩处、后桥拉杆与车身连接处、悬架与副车架连接处原点动刚度。 车身接附点原点动刚度目标值：主受力方向不小于1*107N/m， 非主受力 方向不小于5*106N/m。
2.3 模态测试参数设置
2.3.7 测试函数选取及测试界面
选取测试函数
开始测试
2.4 模态测试与分析
2.4.1 相干函数检查
1. 相干函数（Coherence）
注：在我们测试所关注的频段范围 内，一定要保证相干系数大于0.9。
若r2 ≈1,说明x(t)与f(t)之间有良好的线性因果关系；r2＜1，则说明 信号受到干扰噪声的“污染”，或者系统有显著的非线性因素。
频响函数曲线在共振峰处应清晰，在共振频率点，相位应该 是从180°经90°降至0 °，而在反共振点，相位则从0°变到 180°
2.4 模态测试与分析
2.4.5 稳态图分析
2.4 模态测试与分析
2.4.6 刚体模态及弹性体模态分析
• 通过零部件的刚体模态可以验证响应点的加速度传感器方向是否测试正确。 • 通过零部件的弹性模态可以得到各阶固有频率对应的振型变化。
2.1 模态测试的方法
1、激振器法 2、力锤法
2.1 模态测试的方法
2.1.1 激振器法模态测试
激振器
功率放大器
激励信号发生器
力传感器分析系统
模态参数
图1 试验测量分析系统联接关系图
2.1 模态测试的方法
2.1.2 力锤法模态测试
力锤
力传感器
零部件 若干个
g/N Amplitude
0.02
0.00 20.00 20.00 100.00150.00200.00250.00 300.00350.00400.00 Hz
C201发动机左悬置与 车身侧接附点VTF
500.00 500.00
X向 Y向 Z向
2.4 模态测试与分析
2.4.2 激振器力谱-自功率谱（Autopower）检查
注：在我们测 试所关注的频 段范围内，一 定要保证激振 器力的自功率 谱没有衰减。
自功率谱表示信号中的平均功率是如何按频率分布的。在实验模态分 析中，自功率谱用于计算平均频响函数以及评判力输入信号的质量。
2.4 模态测试与分析
1.2 模态分析分类
➢理论模态分析
以线性振动理论为基础，研究激励、系统、响应三者的关系。
物理参数模型
模态参数模型
非参数模型
➢试验模态分析
是理论模态分析的逆过程，是综合运用线性振动理论、动态测试 技术、数字信号处理和参数识别等手段，进行系统识别的过程。
非参数模型
模态参数模型
物理参数模型
2. 模态测试
3.2 IX35白车身模态测试分析
各阶频率
Mode1 Mode2 Mode3 Mode4 Mode5 Mode6
固有频率(Hz)
29.2 30.8 38.9 46.1 53.7 56.5
振型描述
顶棚天窗Z向弯曲 一阶扭转模态
发动机舱横向摆动 扭转模态、天窗后端横向错动 一阶弯曲模态、天窗Z向弯曲较大 弯曲模态、发动机舱呼吸运动、天窗Z向弯曲较大
加速度传感器
数据采集前端
模态测试分析系统
图2 试验测量分析系统联接关系图
模态参数
2.2 模态测试边界条件及激励、响应点选取
1.2.2.1 悬挂方式：
自由-自由方式，用橡皮绳悬挂零部件，确保橡皮绳处于弹性状态。
1.2.2.2 激励方式与激励点：
激励方式有SISO、SIMO、MIMO 3种； 在选取激振点位置前，需要观察结构的特性，应避开结构模态的节 点，选择结构上刚性较大的点，以便于激励起结构更多的模态。
1.2.2.3 测点个数及位置：
所选测点要能反应结构的外型特征，根据试验目的及结构特性增加 或减少测点，除了在感兴趣的区域多布响应点的原则外，应使响应 点在试件上某种程度的均匀分布传感器。响应点尽可能地避开各阶 模态节点。
2.3 模态测试参数设置
2.3.1 建立试验模型
2.3 模态测试参数设置
2.3.2 通道设置
2.3 模态测试参数设置
2.3.3 传感器标定
2.3 模态测试参数设置
2.3.4 激励信号选择与量程设置
2.3 模态测试参数设置
2.3.5 采样率及窗函数的选择
2.3 模态测试参数设置
2.3.6 信号质量检查
检查每个通道的信号是否在分析时间里衰减到0；如果信号并 没衰减到0，延长分析时间，即提高频率分辨率，或者调节衰 减百分比，但最低不能低于50%。
2.4 模态测试与分析
2.4.7 模态验证
2.4 模态测试与分析
2.4.8 模态拟合
3. 车身整体模态
3.1 整车、内饰车身和白车身模态关联技术
整车是一个系统，它是由内饰车身，进一步讲是由白车身搭载 各个子系统而成，所以整车模态与内饰车身模态、白车身模态之 间有必然的关联性。通过分析大量的测试与CAE数据，可总结出 三者之间的联系，可用于车身前期NVH的开发与控制，特别是 白车身模态控制，提前预估出整车的模态频率，确保各子系统的 模态频率有充分的避频。
2.4.3 力锤-力谱（PSD）检查
注：要保证力谱曲线光滑，无双击； 在我们测试所关注的频段范围内，一 定要保证力谱没有衰减。
2.4 模态测试与分析
2.4.4 频响函数（FRF）检查
频响函数表示响应信号与输入信号在频域 上的比值
注：频响曲线应光滑， 在频响函数曲线的峰值 处，所对应的相位发生 突变。
IX35一阶扭转模态
IX35一阶弯曲模态
4. 车身局部模态
4.1 局部模态带来的振动噪声问题
• 板结构振动对车内的声辐射 • 局部结构模态与声腔模态的耦合 • 机舱局部模态与发动机怠速激励频率耦合
4.2 车身局部模态的控制方法
• 提高刚度或增加频率 • 阻尼处理（如粘贴阻尼胶、补强胶等） • 布置动态吸振器 • 改变质量分布
60.00 57.00 55.00
Pa/N dB
5.00 20.00 100.00150.00200.00250.00 300.00350.00400.00 Hz
500.00
C201发动机左悬置与 车身侧接附点NTF
X向 Y向 Z向
5.3 振振传函（VTF）
车身与发动机悬置、车身与副车架、车身与前后悬架、排气系 统车身侧挂钩处、后桥拉杆与车身连接处、悬架与副车架连接处 向车内关键点振动的传递函数。