基于白车身的模态试验方法分析

陈 明，周 正，李绍磊

（东风汽车公司 技术中心，襄阳 441004）

近年来，随着科技的进步，试验模态分析技术取得了快速的发展，受到了汽车行业的高度重视，已经成为解决汽车振动噪声问题的必备工具［1］。

目前，基于模态试验的车身结构分析大多采用单输入多输出的SIMO试验法完成。但是由于SIMO法自身的局限性，从20世纪80年代开始，陆续出现了一些多输入多输出 （MIMO）的模态参数识别方法。

对于白车身模态试验而言，SIMO法的激励能量是否足够，是否会丢失一些重要的整体模态，MIMO法是否会得到更理想的试验结果，对于常规的乘用车白车身模态试验，究竟哪种试验方法更适用？这些问题目前还没有确定答案［2-3］。

本文针对某一指定车型白车身（不带附件）分别进行SIMO和MIMO测试系统条件下的试验模态分析，即分别用SIMO法和MIMO法对该指定车型进行试验模态分析。将两次试验获得的测试结果进行对比分析，研究采用两种方法得到的模态参数的差异，从而为以后针对不同的试验对象确定更好的模态试验方法积累相关经验。

1 模态试验分析

为研究SIMO和MIMO测试系统条件下的试验模态分析结果差异，本文选取某一指定车型白车身作为试验样品，先后用SIMO法和MIMO法对其进行试验模态测试。

1.1 模态试验测试［2，3］

本次试验选择自由模态方式。

为保证试验结果可比性，本次试验的两次测试选用同一样品，并确保悬挂点、悬挂方式、响应拾振点、模态识别原则等其他测试、分析条件相同，以期最大可能的实现两次测试仅激励状态存在差异。试验测试条件详情见表1。

本次试验通过移动传感器分批进行测量，相干函数和频响函数同步观察，对相干函数紊乱的测点要重新测量。

表1 试验测试条件详情表

依据试验要求依次对样品进行测试，获得试验结果见图1～图4。

1.2 模态参数估计

对所得试验数据进行模态参数估计，获得模态测试结果，其中测试1获得12阶模态振型，测试2获得13阶模态振型。主要模态测试结果见表2。

表2 模态测试结果

模态参数估计后，获得样品模态试验的MAC图，见图 5、图 6。

1.3 试验结果分析

本次试验针对某一指定车型白车身（不带附件）分别进行SIMO和MIMO测试系统条件下的试验模态分析，得出如下分析结论。

1）两次试验存在多个频率相同或相近，振型相同的模态振型，具体见表3。

表3 频率相同或相近，振型相同

2）两次试验存在多个频率相同或相近，振型相似的模态振型，具体见表4。

表4 频率相同或相近，振型相似

3）本次试验，测试1获得12阶模态振型，测试2获得13阶模态振型，且测试1获得的全部12阶振型在测试2中均可找到相同或相近振型与之对应。各阶振型对应情况见表5。

表5 各阶振型对应情况一览表

4）由幅频特性图，两次试验在频率≤60 Hz时，幅频特性曲线基本一致，在60～100 Hz之间，幅频特性曲线虽有一定差异，但总体差异不大。

5）由相干曲线图可知，测试2获得的相干明显好于测试1所得相干。

6）两次试验相同或相近频率对应获得的阻尼比差异不大。

7）综合分析试验操作过程及试验数据后处理结果，认为本次试验所得数据有效。

2 试验分析

本次试验分别用SIMO法和MIMO法对某一指定车型白车身（不带附件）进行试验模态分析，对比试验结果，得到如下结论。

1）两次测试获得试验数据存在极大相似度。尤其是对于整体一阶垂直弯曲变形，整体一阶扭转变形，以及整体沿Z向收缩膨胀变形等典型的白车身模态振型的识别，两次测试获得试验结果无明显差异。

2）本次试验，测试1获得12阶模态振型，测试2获得13阶模态振型，且测试1获得的全部12阶振型在测试2中均可找到相同或相近振型与之对应。而测试2中有一阶模态振型在测试1中无相同或相近振型与之对应，亦即较之测试2，测试1存在丢失的模态振型。

3）从幅频特性曲线图，相干曲线图，以及测试数据后处理得到的MAC图，振型清晰度等存在的差异可以看出，本次试验测试2得到的试验结果优于测试1到的试验结果。

3 结论

本文针对某一指定车型白车身（不带附件）分别进行SIMO和MIMO测试系统条件下的试验模态分析，并对获得的试验结果进行对比分析，研究两种测试方法下获得的试验结果差异，以期能够针对不同的试验对象确定更好的模态试验方法。本次试验结论如下。

1）两种测试方法均能较好的识别整体一阶垂直弯曲变形，整体一阶扭转变形等典型的白车身模态振型，且试验结果差别不大，因而当试验目的为仅对样品整体一阶垂直弯曲变形，整体一阶扭转变形等典型振型进行分析时，SIMO法足可以满足试验要求。

2）从试验结果看MIMO法较之SIMO法存在一定优势，因而当对样品进行精确、详尽分析时，建议使用MIMO法进行试验模态分析。

［1］陈永新，谭继锦，陈剑，汪文江.轿车白车身模态试验研究 ［J］.汽车技术， 2007， 11：45-48.

［2］沃德·海伦，斯蒂芬·拉门兹，波尔·萨斯著，白化同，郭继忠，译.模态分析理论与试验［M］.北京:北京理工大学出版社，2001.

［3］傅志方，华宏星.模态分析理论与应用 ［M］.上海:上海交通大学出版社，2000.