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Test.Lab模态及ODS测试分析在某车轰鸣问题的应用

作者：张爱东常辉邓晓龙

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摘要：本文基于LMS Test.Lab中的模态测试及ODS分析模块，对某3缸柴油机微车加速过程中的Booming噪声源进行了排查。通过整改，室内该问题噪声约降低了10分贝，达到可接受的水平。

微车兼有生产工具、生活工具双重功能，在农村、乡镇和城市物流中发挥很好的作用，也决定了其市场的广阔性。然而人们生活水平不断提高，购买力也随之提升，汽车的价格反而在不断下降，消费者也逐渐脱离了一味对车辆经济性的要求，对安全性、舒适性的要求已经大大提高。

微车绝大多数为中置后驱车辆，很多微车在加速时都存在后桥引起的室内轰鸣声。尤其对于3缸柴油机微车，由于发动机激励远大于4缸发动机，该问题更为突出，严重影响了其乘座舒适性，引起微车用户的抱怨。本文通过LMS Test.Lab中的模态测试分析模块及ODS分析模块，对某3缸柴油机微车加速Booming噪声源进行了排查，通过整改，使该微车乘座舒适性有了较大程度的提高。

1 试验模态及ODS分析方法

1.1 试验模态分析

试验模态分析根据试验方法可分为两种：

（1）正则振型试验法（NMT）：用多个激振器对结构同时进行正弦激励，在激励力矢量被调到正比于某一振型时，就可激励出某一个纯模态振型，并直接测试出相应的模态参数（模态频率、模态阻尼、振型）。该方法结果精度高；但是需要高精度的测试仪器和熟练的测试技能，费时长、成本高。

（2）频响函数法（FRF）：此法可只在结构的某一选定点上进行激励，同时在多个选定点上依次测量其响应。将激励和响应的时域信号，经FFT分析转换成频域信号。因频响函数是响应与激励谱的复数比，对已建立的频响函数数学模型进行曲线拟合，就可从频响函数求出系统的模态参数，该方法可同时激励出大部分模态，测试时间短，所用仪器设备较简单，测试方便。

1.2 ODS分析

ODS（Operational Deflection Shapes，也称为工作变形），是被测试试件在某特定频率、特定转速或特定时间的实际工作变形，描述的是被测试试件在实际工作激励下的受迫振动变形。是理解和评估机器、零部件或整个结构的绝对动力学行为。

1.3 模态测试分析与ODS测试分析之间的联系及区别

模态振型的定义和ODS的定义有很大的不同。它们两者的关系就是：我们总是从ODS的测量中得到模态振型。ODS可以用比较简单的方法直接测量得到，其表现出了真正的运动变形情况，但要了解ODS是由模态分析中的哪几阶组合，还需要通过模态分析加以判断，从而获得各阶贡献量，并加以判断、改进，所以也可以理解为模态分析是ODS分析的基础和前提条件。它们之间的区别如下：

（1）模态描述结构的共振，而一个ODS仅仅描述了在某个特定频率或时间的受迫响应；

（2）模态是共振结构的固有属性，ODS可以定义到任何结构，共振或非共振均可；

（3）ODS随着结构的载荷改变而改变，但模态不会。ODS是任意的，取决于作用在结构上的载荷。模态只有在结构属性（质量、阻尼和刚度）和边界条件改变时才相应改变；

（4）ODS可以回答“结构是如何运动的？”这个问题，而模态振型没有单位所以无法回答上述问题；

（5）模态是线性、稳态运动微分方程的解，因此只有当结构做线性、稳态运动时才可以测量模态。ODS定义为任何形式的运动，包括非线性和时变运动；

（6）所有的模态实验都是通过测量ODS并进行后处理从而获得模态参数。

2 某微车加速Booming噪声问题

在开发某微车过程中，发现该样车在各档位加速时，中后排乘员明显可感受到较强的低频Booming噪声，双耳有较强的压迫感。经噪声测试及频谱分析，该噪声频率为55Hz，各档位对应发动机转速均为2200rpm，为发动机的发火频率。经排查与分析，推断该噪声的结构噪声可能为后桥共振所致，经板簧将振动传递到车身，引起室内较强的Booming噪声。为了解后桥的结构特性和实际工况后桥的振动形式，先后对后桥进行了试验模态测试分析及ODS试验分析。

3 轰鸣噪声源模态测试及结果分析

3.1 试验介绍

针对该问题，后桥模态测试分析方法采用正则振型试验法（NMT）。激振器激励点为1点，其它各响应点详见图1。分析频段选择0～256Hz，频率分辨率为0.2Hz，激励信号为正弦扫描。

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图1 后桥模态测试响应点及激励点位置

3.2 试验结果

利用LMS Test.Lab中的poly MAX模块进行模态分析，得到了关心频率的模态参数。模态频率为54.75Hz，模态阻尼为1.33%，振型主要为pitch振型，激励点1——后桥扭矩输入点呈俯仰振动，详细振型见图2。

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图2 后桥54.75Hz模态振型图

4 轰鸣噪声源ODS测试及结果分析

a) 试验介绍

后桥的ODS测试分析振动响应测试点与模态分析响应点位置一致。测试工况为3档全负荷加速，测试转速为1500rpm～3000rpm。分析频段选择0～256Hz，频率分辨率为0.2Hz。

b) 试验结果

利用LMS Test.Lab中Operational Deflection Shapes&Time Animation模块进行ODS分析，得到了Booming转速下55.5Hz工作振型。振型的主要特点为后桥扭矩输入点呈俯仰振动，且相对幅度较大。详细振型见图3。

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图3 后桥55.5Hz ODS振型图

5 轰鸣噪声整改

根据后桥模态测试及ODS测试分析结果，该微车在2200rpm加速时，后桥的ODS振型与后桥55Hz的模态振型基本一致。可见后桥55Hz模态对该Booming噪声具有很大的贡献。

采用CAE方法，详细分析了后桥结构的振动模态及响应，并分析了传动系扭转及弯曲振动的情况，与试验测试结果一致。随后，对后桥结构、传动系的动平衡、钢板弹簧等方面进行了改进，从而降低了车身振动响应，减小了室内Booming噪声。后排点火阶次噪声声压级降低约10分贝，对比曲线如图4所示。

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图4 改进前后，后排点火阶次声压级对比曲线

6 结束语

从上述结果可以看出，利用模态测试分析模块及ODS分析模块，准确地找出了该微车Booming噪声的结构噪声源，和CAE分析结果一致。采取改善措施后，该问题噪声得到很大程度的减小，改善了该微车的乘座舒适性，为提高其NVH性能做出较大的贡献。同时为利用模态测试分析及ODS测试分析方法解决其它类似实际问题提供了参考。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/27/2012)


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