轿车车身的动刚度优化

燃翼熬彝桥车车身的动刚度优亿王学军张觉慧陈晓宇上海大众汽车有限公司摘要】文章使用试验模态分析对轿车车身进行了动刚度优化提出了完整的试验方案并对激振位置的优化附加质量效应和修正预测的评判进行了讨论主题词】车身【轿车模态分析用点布置在尽可能接近振型节点的位置上承载另一前一日式车身所受到的激振力总是以中低频为主方面车身结构本质上是复杂的连续弹性体具有在轿车的车身设计中动力学优化占有重要的地位其作用主要表现在车身疲劳寿命和整车无限多的自由度和模态频率越高其模态越密集因此在进行承载式车身的动力学优化时通乘坐舒适性上荷的作用常采用以下策略轿车在行驶过程中会受到各种各样的动载提高车身的低阶全局模态的固有频率将联接点尽可能地布置在低阶全局模态的振型节点上当动载荷与车身的动力学特性接近时即动载荷的某分量与车身的某阶模态的固有频率接近时将可能引发结构共振产生较高的动应力导致车身的疲劳破坏将若干高阶敏感模态的固有频率与激振力的中频分量错开车身动力学特性对乘坐舒适性的影响主要表现在性能上激振源的响应越小在车身的动力学优化中策略通常由整车一般而言车身对动力学特性匹配完成策略成主要由结构布置完性能越舒适经验丰富而策略则形成了车身动刚度优化分支并的试车员甚至能够通过主观评价试验判定随着整车配置多样化和平台开发模式的广泛应用成为评价车身动力学特性的关键指标之一设车身的动刚度是否不足无论是针对车身疲劳寿命还是针对整车乘坐舒适性车身结构的动力学优化都采用同样的原理即设法将车身结构的固有频率与激振源的激振频率错开将激振源的作计规范甚至对其提出了限制要求如一扭频率应大于一弯频率应大于纷今年次蛛奋际肠卜习气名水乌子之声丛郊扬肠不业年求年也郊色尔巴年业郊业年业不巴不业年气次场它尔乌币纷玄浙砰与声二端业吊它布业年愈年廷捧出年业尔卫业匀称厅卜不愈不匀卜匀邪愈郊迎业业业不过布过鱿予迎肠莽过匀云一叮叮收稿日期一上海汽车熬翼蘸彝模型检验对参数辨识的结果进行检验车身动刚度优化车身结构的动刚度优化通常采用基于试验模态分析与有限元计算模态分析的综合法工作流程如图勺根据试验目的车身的试验模态分析可分为检测和建模两类检测主要用于测定车身的全局低阶模态的固有频率及振型轮廓以便了解车身的动态特性水平确定是否满足设计要求建模所示参数辨识试验模型修正预测则是要建立尽可能精确的试验模型以便优化车身动刚度检测对试验人员和试验方案的要求较模型车身勺低作者的经验表明使用单个激振点和十几个测分析豁试点即可达到检测的目的个以上将测点增加到果如果将激振点增加到个以上则按一般的试验模态分析步骤总可以获得稳定可信的试验结有限兀分析计算模型修正预测模型校正有限元模态分析与检测相比建模则要复杂得多为了获得可信的修正预测结果必须建立尽可能完整的高精度的试验模型车身结构的模态分析和优化一综合法车身结构本质上是连续的弹性图体具有无限多的自由度和模态为了使试验模型尽可能逼近该弹性体的动态特性需要测量数百个测点并使用尽可能宽的分析频带综合法必须同时使用试验模态分析工具如为了获得有限元模态分析工具如如才能完成和模高精度的振型信息必须合理布置激振位置以便将分析频段内的所有振型都充分激励起来型综合工具国内同行大多基于有限元模态分析进行修正预测本文将基于试验模态分析对某轿车车身进行修正预测并为了建立高精度的试验模型获得车身动刚度的设计优化方案并尽可能地减少工作量本文采用如图所示的试验方案通过试验对修正方案进行筛选和验证到目前为止无论是试验模态分析有限元计算模态分析还是综合法其修正预测结果都还不能令人满意线架模型试验建模优化边界条件件仍然需要通过试验对可能的修正方案进行筛选和验证最终获得较好的设计优化方案在此过程中分析人员的理论基础实践经验和判断力将起到重要作用预检测修正预测试验方案车身结构的试验模态分析通常采用频域法主要包括以下步骤试验准备证筛选验证图车身动刚度优化的试验方案包括使用弹性绳悬吊车身选定激振位置和测点准备测试系统等数据测试预检是对车身结构的检测性试验模态分析使用激振器或力锤激励车身以便初步了解车身的低阶全局模态的固有频率和采集测点的响应信号并估计频率响应函数参数辨识数振型轮廓确定试验设置存在的缺陷达到优化边界条件确定分析频带优化激振位置确定关键测点的目的选择合适的算法辨识模态参车身动刚度的测试应使用自由自上海汽车熊麒毅撇由边界条件通常使用弹性绳悬吊来近似获得态的振型节点弹性绳的悬吊位置应靠近尽可能多的低阶全局模分析频带应覆盖尽可能宽的频率范围并能够通过优化激振位置将分析频带内的所有模态都充分激励出来态的振型轮廓点用关键测点的确定是为少儿了以尽可能少的测量次数获得分析频带内所有模在预检中本文使用个激振点和个测试验建模和筛选验证均使用优化后的激振人厂儿图份件协介曲线对比位置组试验建模使用个关键测点个测点筛选验证使下面本文将就激振位置的优激振位置优化前后的化附加质量的处理修正预测的评判筛选验证的实施进行深人的讨论用以下的加速度计测量轿车车身上的数十个激振位置的优化在试验建模中为了尽量减少测试和建模误差必须将分析频带内的所有模态都充分激励出来测点时附加质量效应可以忽略不计但是当测点高达数百个时必须妥善处理附加质量效应本文仅在试验建模阶段考虑附加质量效应通常采用假传感器法补偿附加质量效应该为此必须对激振位置组进行优化在本文方法的主要缺点是需要预先确定所有的测点位置不允许在建模过程中增加新的测点缺乏足够的灵活性工作中激振位置优化前后的所示曲线对比如图和从图中可以看出频率处的模态试验人员在对测点数目和模型精度进在预检中未得到足够的激励能量上图图而优化行折衷考虑时常常面临困难的选择错误的决后的激振位置组则可将它们充分激励起来在预检中参数辨识在频率下定常常意味着在试验过程中丢弃上百个测点的测试结果另起炉灶重新测试和建模和处的收而使用敛性较差相应模态的模态复杂性指标的最小值分别为本文利用预检的试验结果采用模态合并的方案进行试验建模和模态合并以预检试验结果作优化后的激振位置组进行测试分析频带内所有模态的收敛性都较好所有模态的模态复杂性指标的最小值均在为先验知识对每组测量数据单独进行参数辨识通过在该组测量的所有测点上增加负质量补偿该以上模态复杂性指标在一组测量的附加质量效应并合并各族测点的模态数据形成完整的试验模型定意义上反映了试验模型在修正预测上与物理模型的一致性因此使用优化后的激振位置组进行与假传感器法相比模态合并为试验建模提供了巨大的灵活性允许试验人员根据试验模型的精度要求随时增加新的测点测试和建模将可获得更准确的试验模型附加质量效应当采用接触式加速度计进行试验模态分析时安装在物理模型上的加速度计将增加测点位置的质量改变物理模型的模态参数在本文的工作中直接使用所有的个测点数据进行建模参数辨识的收敛性很差即使利用先验知识强制选择合适的峰值频率也无法获当需要通得正确的振型计算结果型非常接近实模态例如预检显示一弯振过多次测量获得所有测点的频率响应函数时附加质量还将使被测对象不满足时不变条件是所谓的附加质量效应在试验建模中如果直接进行这就参数辨识获得的一弯振型在前端模块前车顶根据作者的经验当使中地板和后翼子板等处将表现出明显的复模态特上海汽车颧翼翼蘸辨征如图的上图所示而模态合并的参数辨识结比较试验模型和预测结果的模态参数如果则很好地保持了一弯振型的实模态特征如图的下图所示果阻尼比或振型差异过大则说明修正已超出了试验模型的局部线性区域单个局部修正对全局低阶模态的影响通常是小范围的过于优良的局部修正结果只能说明修正强度已超出了试验模型的局部线性区域本文基于的优化进行了修正预测个测点的试验模型对车身结构筛选验证试验表明使以上用以上的判断准则可以基本保证预测结果的趋势正确性并将预测精度提高到总结车身结构的动刚度优化可通过试验模态分析完成试验模型的完整性和精度是决定修正预测图直接和模态合并参数辨识获得的一弯振型对比可信性的关键因素为建立尽可能完美的试验模型并减少试验工作量可先通过预检优化试验设置再进行试验建模在试验建模中可采用模态修正预测的评判建立尽可能完整和精确的试验模型对修正预测的可信性至关重要合并补偿附加质量效应修正预测的结果具有不可避免的局限性必须进行筛选和验证但是有些建模误差是不】参考文献张成宝等轿车车身结构动力学分析汽车研究与开发可避免的如无法测量转动自由度的缺陷有限的分析频带和模态传感器的横向灵敏度等同戴勇概念车的主观试验评价上海汽车时目前所有的修正预测算法都基于局部线性假设却没有一种算法能够判定该假设所允许的修正范围张重超等机电设备噪声控制工程学编委会汽车工程手册《汽车工程手册》一因此试验人员必须根据自己的经验判二断修正预测结果的可信性并通过试验进行筛选和验证得到正确的优化方案顾彦何波在汽车中的应用上海汽车增刊作者的经验表明试验人员在判断修正预测结果时至少应考虑以下因素模型检验中的模态复杂性指标指示了试验模型与物理模型的逼近程度如果某测点的模态复杂性指标为负对该测点临近区域的修正预测常常是不准确的如果修正方案的主要加强方向与相应测点的振型矢量垂直或接近垂直则预测结果不可一信上海汽车