基于模态灵敏度分析的客车车身优化.doc

基于模态灵敏度分析的客车车身优化邬广铭 1 史文库 2 陈志勇 2 ( 1. 宇通客车股份有限公司, 郑州 450061 ; 2. 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春 130022 ) 摘要: 针对提高国产某轻型客车的乘坐舒适性,解决车内振动和噪声剧烈问题,本文首先基于有限元仿真和 LMS 的阶次跟踪方法进行振动和噪声原因分析,所确定的原因为轮胎激励引起的车身结构共振。为避免共振, 以白车身钣金件和骨架的厚度为设计变量,以提高白车身前两阶固有频率为目的,用模态灵敏度理论对白车身进行优化设计和灵敏度分析。然后结合各钣金件和骨架的模态灵敏度和质量灵敏度,设计最优的改进方案并进行试验分析。对比优化前后的试验结果,验证了该优化方案的有效性与合理性。关键词: 车身;灵敏度分析;结构优化;模态分析;振源识别中图分类号: +2 文献标识码:A 车内的振动和噪声是评价汽车舒适性的重要指标。车身直接或间接受到路面激励、发动机激励、车轮不平衡的动态力、传动系统不平衡的动态力,以及其他部件的相对运动产生的动态作用力,从而引起车身的振动, 并最终影响乘员的舒适性[1]。当外界激励的频率与车身的固有频率接近时, 就会使车身产生共振, 引起车内较大的振动和噪声。某国产轻型客车在车速 90~ 120 km/ h 范围车内出现异常地板振动和噪声,严重影响了汽车的舒适性。针对这一问题,通过道路试验进行振动原因分析,确定产生问题的原因是在该车速范围内车轮转动的角频率与车身结构前两阶固有频率接近,导致车内振动加剧。为改善该客车的 NVH 性能, 建立了白车身的有限元模型, 分析了白车身 0~ 50 Hz 的振动模态, 并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的正确性; 以白车身各钣金件和骨架的厚度为设计变量,以提高一阶和二阶固有频率为目标,进行尺寸优化设计,确定白车身前两阶固有频率对各零件的灵敏度[ 2-5 ]; 然后根据优化结果对灵敏件加厚以提高车身前两阶的固有频率;最后将改进后的车身进行试验分析。对比优化前后的试验结果,表明该优化方案是有效且合理的。?1 异常振动和噪声原因分析某轻型客车在车速 90~ 120 km/h( 对应发动机转速为 2475 ~ 3300 r/min) 范围车内出现异常强烈的振动和噪声,针对这一问题,需通过道路试验对振源进行识别。第一作者邬广铭男,博士研究生, 1985 年生通讯作者史文库男,教授,博士生导师, 1960 年生在车内地板和乘员右耳处分别布置加速度传感器和传声器, 通过匀加速试验, 采集加速度和声压信号, 并对垂向加速度(图 1) 和声压(图 2) 进行阶次跟踪[6]。 Hz 3rd_trail:+Z (CH17) rpm Tacho1 (T1) Amplitude g Aut oPower 3r d_t r ai l : +Z WF 61 [ 1799- 3299 r pm] 图 1车内地板垂向加速度阶次跟踪 Order tracking of acceleration Hz 4th_seat (CH3) 2000.