试验与研究
同济大学机械工程系 张东升大众汽车有限公司 连志斌
[摘要]本文介绍了结构模态试验的试验测试系统和试验过程，并运用锤击激励法，对桑塔纳2000型轿车前悬架进行了模态试验，得到了该结构的各项模态参数。 叙词: 前悬架 模态分析 轿车
1 引言
前悬架是汽车的一个重要部件，它的作用是把车身与车桥弹性地连接起来，以吸收和缓和车轮在不平道路上行驶受到的冲击和振动，并传递力和力矩。由于研究前悬架的动态特性对轿车的行驶安全性具有十分重要的意义，因此本文运用模态试验技术对桑塔纳2000型轿车前
桑塔纳nf悬架进行了动特性分析，为其进一步的设计和改进提供了试验依据。
2 模态测试系统
布加迪威龙标志 模态测试系统(图1)由以下3部分组成：激振部分；信号测量与数据采集部分；信号分析部分
。
图1 模态测试系统基本框图
激振部分由信号发生器、功率放大器和激振器组成。但在某些条件下，如采用脉冲锤击法时，则仅需激振器。
信号测量与采集部分主要使用传感器和放大器来测量激振力和振动响应。模态试验对传感器有较高要
求，如低频性能好、抗干扰能力强、灵敏度好、体积小、质量小等。本试验中为了较好地满足这些要求，采用日本小野测器公司生产的压电晶体加速度传感器和阻抗头以及国产的电荷放大器。
数据采集系统的作用是将电荷放大器输出的模拟信号转换成离散数字信号，并予以保存，待计算机调用。它主要由低通滤波器、采样保持器和模数转换器即A D 板组成。
信号分析可由模态信号分析仪来实现，也可由模态分析软件实现。本试验用CF 2920模态信号分析仪和自编模态分析软件来完成。
3 模态试验过程
(1)布置测点。因为前悬架为对称结构，所以测点可都布置在前悬架的一边，如图2所示。
(2)将前悬架置于低压充气轮胎上。以尼龙作为锤头材料。
(3)单点激振，多点拾振，激振点固定为C 0点。为了提高测试精度，在C 0点连续锤击，动态信号分析仪CF 2920的时间轴信号平均次数设置为64次，对每点测得的频响函数进行平均。
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82・汽车研究与开发
试验与研究
图2 前悬架结构测点布置示意图
(4)激振力信号和加速度响应信号经电荷放大器送到动态信号分析仪CF 2920的A 、B 两个通道中，得到各点的频响函数。
(5)将两路信号经电荷放大器后同时输送到14通道T EA C 磁带中，以便用所编制的模态分析程序对每点的频响函数进行曲线拟合，识别出模态参数。
4 试验结果
区间测速4.1 CF 2920分析仪识别出的模态参数结果
限于篇幅，图3仅列出了拾振点为C 8点的CF 2920分析仪所测出的频响函数实频图和虚频图。从实频图和虚频图上获得的该点的参数见表1
。
图3 C 8点的频响函数实频图和虚频图
表1
阶次频率(H z )半功率带宽(H z )
虚频峰值131.252.500.664273.753.75-0.664390.005.000.2854142.5017.50.6695177.5010.500.5026203.759.250.4367246.257.500.7278335.07.50-1.390
对各点测得的数据进行平均计算，得到前悬架的模态频率和阻尼比(表2)。
表2
阶 次模态1模态2模态3模态4模态5模态6模态7模态8频率 (H z )31.2574.1391.25147.92180.21204.31247.97339.25阻尼比 ×10-2
4.000
2.439
2.653
3.731
2.708
2.693
1.681
0.8518
4.2 模态分析软件识别结果crv车
由于CF 2920主要识别结构的固有频率、阻尼比等模态参数，因此还需把试验数据输入计算机进行处理，以获得其它模态参数。同时也可以对两者获得的固有频
率、阻尼比等进行对比，以提高试验的准确性。
把试验数据输入计算机进行分析，得到的模态频率和阻尼比见表3。识别出的模态振型、模态刚度和模态质量如表4所列。
表3
阶 次模态1
模态2
模态3
模态4
模态5
模态6
模态7
模态8
频率 (H z )31.63071.86694.018146.843187.525206.135247.070340.312阻尼比 ×10-2
8.271
3.574标致设计
2.540
3.773
1.465
1.577
1.716
0.7995
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92・1999年第1期
车枕试验与研究
表4
模态1模态2模态3模态4模态5模态6模态7模态8模态刚度1006.0286.01256.1616.7732.67518.83943.2396.2模态质量2.609e-21.318e-33.820e-37.139e-45.713e-44.562e-31.625e-38.720e-5
振型N o.1-0.573030.273470.39322-0.297210.23569-0.93093-0.69466-0.21329 N o.20.33146-0.29031-0.447460.08080-0.037040.03424-0.688930.11741 N o.30.83989-0.35816-0.530510.1537200.255320.433210.45570 N o.41.000001.000001.00000-0.021730.01181-0.43327-0.06697-0.19620 N o.50.158710.15510-0.24407-0.32663-0.185190.261120.29389-0.28101 N o.6-0.141850.129590.052710.24303-0.267680.292070.14141-0.02687 N o.70.710670.29082-0.310171.00000-0.952861.000000.996180.28006 N o.8-0.024630.034080.08542-0.182661.00000-0.14913-0.291980.37342 N o.9-0.241570.210200.200000.19350-0.095960.143710.17939-0.46203 N o.100.866570.067860.035680.149380.047260.135741.00000-0.33544 N o.1100000001.00000
5 试验过程分析
5.1 被测结构的支承
被测结构在实际工作环境中，总处于一定的约束状态。但在试验中模拟结构的真实约束比较困难，因此一般用其自由状态来代替。自由状态可以通过弹性绳的吊挂，也可以通过弹性基础来提供。本试验采用低压充气轮胎支承，能使前悬架结构在横向和纵向移动及转动时，均能达到很低的悬挂频率。
5.2 传感器定位
传感器的定位一般选择在外力作用点、重要的响应点、部件的交联点和质量集中点等处。此外，还要使响应测点尽可能避开各阶模态的节点。传感器的正确安装也非常重要。在本试验中，因为前悬架的结构形状较复杂，且为钢铁材料，故采用可靠、方便、易行的磁吸联接。5.3 激振方式选择
多点激振能量输入合理，在结构中传播均匀，测试精度较单点激振高。但对于前悬架这类较小型、较刚硬的组合构件、单点激振已有足够的能量输入，也能得到较高的精度，故本试验采用单点激振法。
6 试验结果分析
6.1 固有频率
因为动态信号分析仪能较真实反映结构综合的固有频率，所以测出的固有频率应以CF2920识别出的为基准。同时，由表2和表3也可以看出，模态分析软件识别出的固有频率与动态信号分析仪识别出的固有频率相差不大，从而说明了试验较准确、可靠。
6.2 阻尼比
由于从CF2920上无法直接读出阻尼比值，虽然可以通过读出实部的峰值利用分量分析法计算得到，但实部峰值有时比较平缓，读数会有较大误差，因此阻尼比以模态分析软件识别出的为准。
7 结束语
本文通过对桑塔纳2000型轿车前悬架进行的模态试验分析，得到了前悬架的固有频率、阻尼比、模态质量、模态刚度、模态振型等模态参数。为以后进一步建立前悬架结构的振动系统运动方程，预估前悬架在外载作用下的响应，深入研究其振动、疲劳、噪声等实际问题并进行动力修改提供了试验依据。
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