商用车驾驶室模态试验研究

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商用车驾驶室模态试验研究

1 前言
    在商用车驾驶室的开发设计过程中，驾驶室性能的要求越来越高，不但要满足其刚度性能，还要考虑其舒适性、安全性。驾驶室的模态参数是控制驾驶室舒适性的重要指标。
    商用车驾驶室的结构是由许多薄板冲压后焊接在一起，形成一个空腔结构，用传统的数学方法估计驾驶室的模态参数很困难。只有应用有限元计算的方法去计算驾驶室的模态，而有限元方法是基于有限自由度的基础上计算的模态参数，显然不能得到驾驶室模态参数的精确值，需要由试验的方法来验证分析的结果。目前国际上测试模态的系统有很多种，其中LMS公司的Test.Lab系统利用测得的传递函数能有效的辨识出系统的模态参数，而且Test.lab系统操作简便，容易使用。文章详细的介绍采用Test.Lab模态测试系统测试商用车驾驶室模态的过程和模态参数的评价方法。
2 试验方法
; |* T0 T( a) Z& J0 e2.1 试验设备
    模态试验的仪器主要有比利时LMS模态测试分析软件系统，60通道数据采集系统，KISTLER加速度传感器，MB激振器。
' @" V! Z, j/ _* [. t2.2 驾驶室悬挂方式与传感器布置
    驾驶室用橡皮筋悬挂（见图1），使驾驶室处于自由－自由状态。传感器布置原则是要尽量布置在振动量大及能反映驾驶室外观特征的位置上，因此传感器布置在驾驶室的侧围、前围、后围、顶棚和地板上(见图2)。激振点选择在驾驶室后悬置上，采用一个激振器，激振信号采用猝发随机信号(见图3)，激振频率带宽为1～200Hz。

  
) s7 u; \3 e. {3 q) Z% U0 M; m6 L图1 驾驶室悬挂和激励方式

6 z+ c+ g1 D0 `$ E7 Z: L
0 m8 B" n" t, R- z: K4 F0 d4 w3 试验结果
& p3 Y9 X& E" Z5 P( {4 P    试验测量的频响函数及相干性系数曲线（见图4），试验数据分析带宽取为24～100Hz，在分析带宽范围内相干性系数接近1，表明输入和输出信号间存在着很好的线性关系，测试系统是正确可靠的；在相干系数中的a、b、c三点的相干值下降，但是这三点的值对应频响函数中A、B、C三点，是频响函数的波谷，而模态分析只对频响函数的波峰感兴趣，所以这三点对模态分析影响很小。
* S6 k+ o) C; \& x3 Y& ^    由于悬挂系统引起的刚体模态为2.77Hz，小于结构一阶模态（36.69Hz）的10％，所以悬挂引起的刚体模态对测试系统的模态分析影响很小，可以忽略。根据频响函数曲线采用最小二乘法驾驶室系统的模态参数，驾驶室的前九阶模态频率和模态阻尼见表1，相应的模态振型见图5。驾驶室的一阶模态频率为33.93Hz，振型为扭转，二阶为频率为40.51Hz，振型为弯曲。其余模态为局部模态。

图2 车身上测点布置      图3 猝发随机激励信号曲线

* C' v$ S% K# o9 E$ l9 o7 z, o( Y图4 频响函数与相干性系数曲线
& \5 S6 r! d6 V0 S9 x" a表1 庆铃驾驶室模态频率

图5 商用车驾驶室模态振型