基于模态灵敏度分析的客车车身优化

基于模态灵敏度分析的客车车身优化A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，引起车内较大的振某国产轻型客车在车速90~120km/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0~50Hz的振动模态，并与试验变量，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]；然后根据优化结果化前后的试验结果，表1异常振动和噪声原因分析kmh发动机转速为2475~3300r/min)范围车内出现异常强烈的振动和噪.26.52.023300.00.26.52.02m1c2m1caAutoPowerT3rd_trail:+ZWF61[1799-3299rpm]aAutoPowerT.00.00.0050.003.0050.003rd_trail:+Z(CH17)0.2642.003300.000.2642.00m1cm1caAaTAutoPower4th_seatWF61[1799-3299rpm]T2000.000.009.7014.872000.000.004th_seat(CH3)4th_seat(CH3)0.0050.00从阶次跟踪图可以看到振动频率与车速相关，且第一阶频率集中在低频区域(10.29~11.46Hz和13.64~别为11.88Hz和14.89Hz，见下文)也与之接近。可以推断，车轮产生的低频路面激励和车身前两阶固有频率十分接近，导致车身共振引起车内异常振动和噪声。2建模与仿真2.1有限元模型软件进行单元离散，单元网格尺寸设为10mm。钣金件和骨架之间按实车情况进行连接：对于点焊连接，根据焊点单元直径采用Weld单元模拟[8]；对于螺栓连接2.2模态分析与验证h前2.建立的白车身有限元模型是正确的，可以采用这一模型进行后续的优化设计。2.3白车身的优化设计2.3.1模态灵敏度理论设ωi及ui分别是车身结构第i个模态的固有频率与振型向量,则它们满足Kω2M)u=0ii对式(1)求导得(K-2ωωM)u+(K-ω2M)u=0jii,jjiiji,jω=1uT(K-ω2M)ui,j2ωijijiieeeeMMe(5)K=KejjM=Mejj则式(3)可转化为i,j2ωijijii车身各零件的灵敏度以零件上各单元灵敏度数值的求和表示[12]。敏度，同时还可得到各零件的质量灵敏度。表2列出了部分重要钣金件和对前两阶固有频率影响较大的零件的模态灵敏度和质量灵敏度，其中εfreq1是ss显著提升的同时使整车质量的增幅控制在合理范围内。质量灵敏度A柱上角内板A柱上角骨架A柱内板A柱骨架后门框下侧板A柱的刚度对白车身一阶模态有很大的影响；侧壁C、D、E柱上侧的刚度对白车身二阶模态有很大的影响。因此，设计白车身优化方案为：根据模态灵敏度和质量灵敏度对关键灵敏件进行加厚。具体措施为适当增加后门框各侧板及四角联接件的厚度；对A、B、C、D、E柱骨6和图7所示。A柱上角骨架A柱骨架阶数原车身频率优化后车身频率频率提升百分比分明显。因此，所设计的优化方案是有效且合理的。3试验验证布置一个加速度传感器，布置形式如图8；在乘员右耳侧布置一个传声器，布置形式如图9。员右耳侧噪声水平。mhkmh0km/h范围内，车身优化后的车内噪声相比车身结构的加强对于避免车身共振、改善车内振动和噪声有明显的效果。改进前改进前改进后速车68707274767880120km/h110km/h100km/h90km/h改进前78.2475.4274.1373.59改进后76.8674.9273.6372.56BA90km/h4结论1)结合白车身的模态分析，用阶次跟踪方法进行振动原因分析，试验分析表明在车速90~120km/h范围车轮不平衡引起的动态力激励频率和车身前两阶固有频率接近，车身共振导致车身剧烈振动和车内异常噪声。2)用模态灵敏度理论对白车身钣金件和骨架的厚度进行灵敏度分析和优化设计，根据模态灵敏度和质量灵敏度设计最优方案并进行模态分析，分析结果表明：优