46第4期
客车技术与研究
BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH N〇.4 2017
卓建明
(厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门361023)
摘要：以某客车白车身为研究对象，采用模态试验的方法，测得在自由状态下的结构模态；同时采用Hy -perM esh软件建立车身有限元模型，通过求解得出声腔模态。综合车身结构模态、声腔模态结果对客车车身
结构特性进行评价。
关键词：客车车身；结构模态；声腔模态；测试；仿真
中图分类号：U463.82+2 文献标志码：A 文章编号：1006-3331(2017)04-0046-03 Analysis of Structure
Modes and Acoustic Modes for a Bus Body
Zhuo Jianming
(Xiamen King-Long United Automotive Industry Co., Ltd，Xiamen 361023，China) Abstract: This paper takes the white body of a bus as the research object, uses the modal test method to measure the structural modes in the free state, and establishes the body finite element model by using Hypermesh software to obtain the interior acoustic modes by solving. Then the structure features of the bus body are evaluated through compositing the results of structure modes and acoustic modes of the body.
Key words: bus body; structure mode; acoustic mode; test; simulation
车身是汽车振动与噪声传递的通道。客车车身结构 为复杂的薄壁空间结构，来自于路面激励、发动机振动 等引起的车身壁板振动而辐射出来的结构低频噪声在 车内噪声中占主要地位。因此，车身系统在整车NVH特 性的研究中占有很重要的地位[1]。
在客车车身设计之初，对白车身结构模态、声腔模 态进行分析，通过掌握车身结构、车内声腔模态频率和 振型，在设计过程中根据各系统激励频率、车内声腔模 态频率等合理匹配车身结构模态，避免车
身结构振动导 致共振，达到合理设计车内噪声振动特性。本文以某客 车白车身为研究对象，采用模态试验的方法，测得在自 由状态下的结构模态，同时采用HyperMesh软件建立车 身有 模型，通过 出声腔模态 车身结构 模态、声腔模态测试结果，分析其对整车噪声振动的影 ，对客车车身结构特性进行
1结构模态试验
1.1试验模态分析方法
试验模态分析是通过现场试验的方式将采集得到
作者简介：卓建明（1988-)，男；主要从事整车NVH研究工作。的结果进行一系列的计算分析，最终获得模态参数的过 程，而模态参数获取的准确性十分重要。现在广泛应用 的模态分析方法（LSCE法[2+)是一种时域分析方法，在 处理频率较高且模态密集的系统时易于产生虚假模态，其稳态图较混乱，模态定阶较难，效果较差，难
理想的结果。LMS公司开发的PolyMAX法是一种全新 的频 方 ，方 用于 用于
集模态系统，即便是未得到充分激励的模态也能良好地 识别出来。本文通过采用PolyMAX模态分析方法，获取 车身结构模态
1.2模态测试过程
在某白车身上布置了 178个测点，并建立起如图1所示的 模型[3]。采用6个空 簧分别在空悬架
气囊安装位置将车身骨架支撑起来，空气弹簧的刚度 通过调节气压的大小进行控制。使 性模态的频率是最高刚体模态频率的3?5倍，此时白车身近似处 于自由状态。本次试验试件刚体模态最高频率在4.285
He，弹性模态的最低频率在12.26 H e左右，满足试验条
件要卜5+。
第4期卓建明：某客车车身结构模态与声腔模态分析47
图1白车身测试几何模型
试验采用白噪声作为激励信号，经功率放大器后由 激振器对车身前后两个激励点进行激励，激励的大小应 该能激发出测量频带内的模态。白噪声信号属于纯随机 激励信号，每组试验25次作平均后可消减测试中所引 起的各种噪声干扰。采样频率范围为〇〜128 H*，频率分 辨率为0.25 H*。试验过程中对各测点在！、"、#三个方
向的加速度进行分批次拾振。
1.3模态测试结果
试验测量的相干性系数曲线如图2所示，试验数据 分析带宽取为2〜50 H*，在分析带宽范围内相干系数都 在0.9以上，说明输入和输出信号之间存在很好的线性 关系，试验满足要求，测试系统是正确可靠的[6]。
图2相干性系数曲线
应用 小 频 进行模态 数 ，在拟合的频率响应曲线上建立稳态图，如图3所示。图中 横轴为频率轴，左纵轴为频率响应函数轴，通过识别“1”较多的频率值作为车身结构的估计模态频率，再查看估 模态频率对应的模态振m。白车身结构模态的前六阶模态频率和模态振型描述见表1。
表1车身结构模态频率测试结果
序号频率/Hz振型
112.3右摆动
215.6一阶扭转
317.6顶盖弯曲
420.8前后左右摆动
523.3向弯曲、侧向弯曲
625.7侧向弯曲
2声腔模态仿真分析
2.1声腔有限元模型的建立
声腔模态的仿真计算存在以下几条假设：车内流体 可 的，均 的 声扰 的 ，介质是静态的；声音在传播过程中，介质的稠密和稀疏 过程 的 中的 小振 声 ，声
小于静态声压[8]。
基于以上假设，通过HyperMeih有限元分析软件导 车身 模 ，车 内的 ，形成一个密闭的声学空腔，同时在不影响计算精度的前 提下对一些局部结构进行简化[9]。对模型进行网格划分，整体上网格大小米用40 m m x40 mm，网格类型以四边 形为主三角形为辅，共计651 300个单元，574 200个节 点。同时选择25；的空气流体参数作为计算模态分析 的空气参数，此温度下空气密度为1+03 kg/m3，体积模量 为 1.235 14x 105 N/m2。
2.2声腔模态分析结果
密闭车厢内的空腔系统声学特征，表现为拥有固有 频率和振型的声腔模态。通过HyperMesh软件自带的 Optiitmct求解器算出前三阶声腔模态，如表2所示。其 中模态一的声腔振型如图4所示。一般空腔越长频率越 低，表现为声压沿车室纵向分布的纵向声学模态振型。
表2声腔模态计算结果
序号频率/Hz振
119.34一阶前后伸缩
238.09前后伸缩
357.06三阶前后伸缩
图4
声腔一阶模态振型计算结果
48客车技术与研究2017年8月
3综合分析评价
本文测试对象为中型客车，一般都安装四缸柴油 机，怠速工况下的发动机转速范围为600'850 r/min，发 动机二阶激励频率为20.0'28.3 Hz。测得车身结构模态 频率20.8 Hz、23.3 Hz、25.7 Hz，刚好处于发动机二阶激 励频率范围内，容易激励车身结构模态引起共振，因此 车身结构弹性体模态要避开怠速工况下的发动机激励 频率。
车内声腔模态纵向一阶模态频率为19.34 Hz，其节 线处于声腔中间位置且垂直于整车前后方向，声压有逐 渐向两端增大的趋势，车厢内呈现两端声压大、中间小 的特征。车内声腔模态纵向二阶模态频率为38.09 Hz，此频率下的模态有两个节线，其节点偏离中间位置且垂 直于整车前后方向，车厢内的声压有由节点向两端增大 的趋势。车内声腔模态纵向三阶模态频率为57.06 Hz，此频率下的模态有3个节点，其节线分布在整车前中后 且垂直于整车前后方向。同时以上三阶声腔模态振型左 右对称。根据以上声腔模态振型特征，可合理设计布置 车内 。
车身 态下测 振型为前后左 动模态频率 20.8 Hz，根据文献[1]大量数据规律总结，整车状态下的 车身模态相对白车身降低1'3 Hz，接近车内声腔模态纵 向一阶模态频率19.34 Hz，在发动机激励下很容易出现 车身结构模态与声腔模态的 共振，车内频噪声[10]。因声腔模态频率易，要 车身结构来合理设计车身结构模态，以避开车内声腔模态频率[11]。
4结束语
在强迫振动状态下，车内振动噪声的总响应取决于各个模态的激励方式，因此车身结构模态、声腔模态是 整车 声振动 的 要 。本文 测试车身结构 模态、计算仿真声腔模态，来评价预测整车状态下的噪 声振动性能，为整车噪声振动的开发设计提供参考。
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修改稿日期）2017-04-06
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