轿车车内空腔声学模态试验研究

2 0 0 7 年 第 6 期轿 车 车 内 空 腔 声 学 模 态 试 验 研 究陈 晓 梅 赵 建( 中 国 第 一 汽 车 集 团 公 司 技 术 中 心 )【 摘 要 】 利 用 比 利 时 L m s 公 司 的 T e s t _ l a b 模 态 分 析 系 统 测 量 了 某 轿 车 车 内 空 腔 声 学 模 态 , 采 用 S p e c t r a l A c -q u i s i t i o n 模 块 测 量 了 声 传 递 函 数 , 用 P o l y M A X ( 最 小 二 乘 复 频 域 法 ) 分 析 方 法 进 行 了 模 态 参 数 的 识 别 。 通 过 试 验 分 析获 得 了 该 轿 车 车 内 空 腔 共 鸣 频 率 和 三 维 模 态 形 状 。 该 方 法 为 控 制 和 降 低 轿 车 车 内 低 频 噪 声 提 供 了 参 考 , 为 轿 车 车 内空 腔 声 学 模 态 提 供 了 简 单 易 行 的 测 试 方 法 。主 题 词 : 轿 车 空 腔 声 学 模 态 试 验中 图 分 类 号 : U 4 6 7 . 4+9 3 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 0 - 3 7 0 3 ( 2 0 0 7 ) 0 6 - 0 0 3 3 - 0 2R e s e a r c h o n C a v i t y A c o u s t i c s M o d a l T e s t i n t h e I n t e r i o r o f C a rC h e n X i a o m e i , Z h a o J i a n( C h i n a F A W G r o u p C o r p o r a t i o n R & D C e n t e r )【 A b s t r a c t 】 S o m e c a r s i n t e r i o r c a v i t y a c o u s t i c s m o d a l w a s m e a s u r e d b y u s i n g B e l g i a n L m s c o m p a n y s T e s t _ l a bm o d a l a n a l y s i s s y s t e m , t h e a c o u s t i c s t r a n s f e r f u n c t i o n a l s o w a s m e a s u r e d b y S p e c t r a l A c q u i s i t i o n m o d a l , a n d t h e m o d a lp a r a m e t e r w a s i d e n t i f i e d b y P o l y M A X a n a l y s i s m e t h o d . T h r o u g h t h e t e s t a n a l y s i s , t h e c a r s i n t e r i o r c a v i t y r e s o n a n c ef r e q u e n c y a n d 3 D m o d a l f o r m w e r e o b t a i n e d . T h i s m e t h o d g i v e s u s a r e f e r e n c e t o c o n t r o l a n d r e d u c e t h e c a r s i n t e r i o r l o wf r e q u e n c y n o i s e , a n d a s i m p l e m e t h o d t o t e s t c a r s i n t e r i o r c a v i t y a c o u s t i c s m o d a l .K e y w o r d s : C a r , C a v i t y , A c o u s t i c s m o d a l , T e s 言舒 适 性 是 轿 车 质 量 控 制 的 重 要 指 标 之 一 , 而 车内 噪 声 是 影 响 舒 适 性 的 重 要 因 素 。 测 量 轿 车 车 内 空腔 声 学 模 态 , 获 取 声 学 模 态 频 率 和 模 态 形 状 , 一 方 面能 够 进 行 相 关 的 有 限 元 计 算 验 证 , 另 一 方 面 能 够 了解 轿 车 车 内 声 学 特 性 及 评 价 其 优 劣 , 同 时 可 以 根 据车 内 空 腔 模 态 形 状 合 理 布 置 内 饰 以 优 化 车 内 声 学 特性 , 使 车 内 声 压 或 声 压 级 较 大 的 位 置 远 离 乘 员 , 将 节面 位 置 ( 零 声 压 位 置 ) 设 计 在 人 耳 附 近 , 使 乘 员 处 于最 小 的 噪 声 环 境 中 , 从 而 获 得 良 好 的 声 学 舒 适 性 。目 前 声 学 模 态 有 限 元 计 算 分 析 技 术 日 趋 成 熟 1 3 ,但 由 于 测 试 技 术 和 试 验 设 备 的 原 因 , 以 往 的 验 证 试验 数 据 采 集 和 处 理 费 时 费 力 , 模 态 形 状 只 能 显 示 二维 图 形 , 不 易 进 行 模 态 识 别 和 对 比 分 析 。目 前 , 集 数 据 采 集 、 信 号 处 理 、 振 型 三 维 动 画 于一 身 的 模 态 分 析 软 件 已 投 入 使 用 , 它 能 够 方 便 、 快 捷地 进 行 声 学 模 态 试 验 分 析 , 并 借 助 软 件 中 的 三 维 动画 显 示 可 完 全 反 映 声 学 的 模 态 形 状 , 如 纵 向 、 横 向 、竖 向 及 它 们 的 组 合 形 状 , 很 容 易 准 确 识 别 出 车 内 空腔 声 学 模 态 。 利 用 比 利 时 L m s 公 司 的 T e s t _ l a b 模态 分 析 系 统 测 量 了 轿 车 车 内 空 腔 声 学 模 态 , 采 用T e s t _ l a b 模 态 分 析 系 统 中 的 S p e c t r a l A c q u i s i t i o n 模块 测 量 声 传 递 函 数 , 用 其 中 的 P o l y M A X ( 最 小 二 乘复 频 域 法 ) 分 析 方 法 进 行 模 态 参 数 的 识 别 , 获 得 了 理想 的 效 果 。2 试 验 条 件 和 测 量 方 法2 . 1 试 验 仪 器试 验 仪 器 如 表 1 所 列 。表 1 试 验 仪 器2 . 2 试 验 环 境 要 求声 学 模 态 试 验 是 在 测 量 声 压 的 基 础 上 进 行 的 ,声 压 测 量 受 背 景 噪 声 的 影 响 较 大 , 因 此 试 验 需 要 在整 车 消 声 室 中 进 行 , 室 温 应 保 持 在 2 2 2 5 , 以 保 证环 境 噪 声 不 影 响 测 试 结 果 。2 . 3 测 试 方 法声 学 模 态 试 验 是 通 过 测 量 激 励 信 号 和 响 应 信 号仪 器 名 称 型 号 生 产 厂 家L m s T e s t _ L a 分 析 系 统前 端 型 号 : S C 3 1 6 W 比 利 时 L m s 公 司中 低 频 体 积 声 源 E - L M F W S 比 利 时 L m s 公 司活 塞 发 生 器 4 2 2 8 丹 麦 B & K 公 司传 声 器 M P 2 0 1 北 京 声 望 公 司 试 验 测 试 3 3 汽 车 技 术获 得 频 响 函 数 来 确 定 车 内 空 腔 的 模 态 参 数 , 采 用 的 是单 点 激 励 多 点 输 出 的 试 验 方 法 , 测 试 系 统 如 图 1 所 示 。图 1 测 试 系 统测 试 过 程 中 , 信 号 发 生 器 产 生 的 随 机 信 号 经 功率 放 大 器 放 大 后 由 声 源 激 发 车 内 空 腔 的 压 力 波 动 ,以 保 证 足 够 的 激 励 能 量 。 声 源 、 传 声 器 的 放 置 对 车 内空 腔 的 影 响 应 该 尽 量 小 , 以 避 免 破 坏 室 内 空 腔 结 构 。因 为 用 声 源 做 激 励 源 时 , 若 将 激 励 声 源 置 于 声 压 的波 节 位 置 , 就 难 以 发 生 共 鸣 , 所 以 为 模 拟 真 实 环 境 ,减 少 试 验 误 差 , 声 源 应 该 尽 量 接 近 实 际 的 振 源 。利 用 L m s 公 司 生 产 的 多 点 激 振 模 态 分 析 系 统进 行 数 据 采 集 、 处 理 和 分 析 ; 用 中 低 频 体 积 声 源 ( 频率 范 围 为 2 0 8 0 0 H z ) 做 激 励 , 在 车 内 空 间 按 约 2 0c 布 置 传 声 器 , 一 般 测 点 在 3 0 0 个 以 上 , 测 量分 批 进 行 ; 将 声 望 I C P 型 无 指 向 性 传 声 器 固 定 在 细金 属 棍 上 , 以 保 证 测 量 时 传 声 器 位 置 确 定 并 保 持 不动 , 然 后 将 细 金 属 棍 用 细 绳 吊 挂 起 来 在 车 内 三 维 空间 内 进 行 声 传 递 函 数 测 量 。 声 激 励 源 中 低 频 体积 声 源 放 置 在 副 驾 驶 位 置 上 , 激 励 的 大 小 既 要 能 激起 测 量 频 带 内 的 所 有 模 态 , 又 不 能 过 大 而 引 起 强 迫响 应 。 用 声 源 内 置 的 体 积 加 速 度 输 出 信 号 做 参 考 或直 接 采 用 声 源 发 出 的 电 压 信 号 做 参 考 信 号 。 测 试 频率 为 2 0 4 0 0 H z , 激 励 信 号 为 猝 发 随 机 信 号 。 图 2 为由 测 点 构 成 的 轿 车 车 内 声 模 态 测 试 模 型 , 所 采 用 的试 验 样 车 是 商 品 车 , 内 饰 、 座 椅 齐 全 , 其 上 面 标 出 了前 、 后 座 椅 和 前 排 人 耳 位 置 , 以 便 于 分 析 。图 2 轿 车 车 内 声 模 态 测 试 模 型3 数 据 处 理 和 试 验 结 果 分 析3 . 1 数 据 处 理分 析 频 率 为 2 0 2 0 0 H z 。 数 据 处 理 是 利 用 L m sT e s t _ L a b 中 的 P o l y M A X 分 析 方 法 进 行 模 态 参 数 的识 别 , 能 得 到 非 常 清 晰 的 稳 态 图 , 从 而 很 容 易 确 定 模型 阶 次 和 最 合 理 的 系 统 极 点 , 无 论 对 于 有 严 重 噪 声污 染 的 数 据 , 还 是 对 于 密 集 模 态 、 大 阻 尼 的 结 构 , 它都 有 极 好 的 识 别 能 力 。 在 模 态 分 析 过 程 中 , 软 件 根 据给 定 的 模 态 测 试 几 何 模 型 模 态 形 状 自 动 显 示 为 三 维动 画 来 判 断 声 学 模 态 参 数 。3 . 2 试 验 结 果 分 析表 2 为 某 轿 车 前 4 阶 的 声 模 态 测 试 结 果 , 图 3所 示 为 模 态 形 状 。表 2 车 内 空 腔 声 模 态 测 试 结 果( a ) 第 1 阶 纵 向 模 态 ( b ) 第 1 阶 横 向 模 态( c ) 第 1 阶 竖 向 + 第 ( d ) 第 1 阶 纵 向 + 第 1 阶1 阶 纵 向 模 态 横 向 + 第 1 阶 竖 向 模 态图 3 模 态 形 状后 排 座 椅人 耳 附 近前 排 座 椅模 态 阶 次 模 态 频 率 / H z 模 态 形 状 备 注1 4 3 . 8 3 8 第 1 阶 纵 向节 面 出 现 在 乘 坐 室 内后 排 座 椅 前 ( 图 3 a )2 8 9 . 5 4 0 第 1 阶 横 向节 面 出 现 在 横 向截 面 中 部 ( 图 3 b )3 1 2 5 . 3 3 4第 1 阶 竖 向 +第 1 阶 纵 向4 1 6 8 . 0 8 9第 1 阶 纵 向 +第 1 阶 横 向 +第 1 阶 竖 向传 声 器被 测 样 车声 源 声 源 功 放L m s 前 端 计 算 机L m s 模 态 分 析 系 统F R F / P a 1 7 . 30 . 0 0 0 F / P a 2 0 . 70 . 0 0 0 F / P a 6 3 . 50 . 0 0 0 F / P a 8 0 . 20 . 0 0 0试 验 测 试 3 4 2 0 0 7 年 第 6 期1 前 言车 身 薄 板 覆 盖 件 的 焊 接 装 配 过 程 是 汽 车 车 身 制造 过 程 的 关 键 环 节 , 它 直 接 影 响 汽 车 车 身 的 制 造 质量 、 生 产 周 期 和 制 造 成 本 。 随 着 汽 车 性 能 和 生 产 自 动化 水 平 的 提 高 , 对 汽 车 车 身 焊 装 夹 具 的 要 求 也 越 来从 上 述 试 验 结 果 可 知 , 该 车 第 1 阶 纵 向 频 率 为4 3 . 8 3 8 H z , 从 资 料 4 可 得 , 在 有 驾 驶 员 和 乘 员 的 情 况下 , 第 1 阶 纵 向 频 率 可 能 会 下 降 1 0 H z 左 右 。 该 轿 车匹 配 的 是 四 缸 汽 油 机 , 其 2 阶 激 励 频 率 约 为 3 0 2 0 0H z , 在 载 人 行 驶 时 , 该 车 一 般 不 会 由 发 动 机 激 励 出第 1 阶 纵 向 的 空 腔 共 鸣 模 态 。 结 合 图 2 和 图 3 可 看出 , 前 排 座 椅 位 置 声 压 由 前 向 后 渐 弱 , 即 使 存 在 第 1阶 纵 向 共 鸣 , 也 不 会 对 车 内 噪 声 产 生 太 大 贡 献 。 第 1阶 横 向 节 面 出 现 在 横 向 截 面 中 部 , 也 就 是 驾 驶 员 的右 耳 和 副 驾 驶 的 左 耳 处 , 在 节 面 位 置 附 近 , 亦 不 会 对车 内 噪 声 产 生 太 大 贡 献 。 第 3 阶 、 第 4 阶 共 鸣 时 前 排驾 驶 员 和 副 驾 驶 人 耳 处 声 压 减 弱 。 因 此 , 该 试 验 样 车的 声 学 舒 适 性 非 常 好 。一 般 情 况 下 , 轿 车 的 第 1 阶 纵 向 模 态 频 率 为4 0 8 0 H z , 在 路 面 激 励 和 发 动 机 振 动 激 励 范 围 内 , 很容 易 被 路 面 或 发 动 机 振 动 激 励 出 来 而 产 生 低 频 轰 鸣声 , 使 车 内 声 学 特 性 变 坏 。 要 避 免 车 内 的 低 频 共 鸣 ,首 先 应 避 开 第 1 阶 纵 向 频 率 , 可 通 过 声 学 模 态 测 量获 得 声 学 模 态 频 率 和 模 态 形 状 来 修 改 结 构 或 内 饰 避免 乘 坐 室 的 低 频 共 鸣 , 该 方 法 可 为 控 制 和 降 低 轿 车车 内 低 频 噪 声 提 供 参 考 。4 结 束 语本 文 通 过 对 轿 车 车 内 空 腔 声 学 模 态 进 行 试 验 分析 , 获 得 了 车 内 空 腔 共 鸣 频 率 和 三 维 模 态 形 状 , 为 合理 进 行 车 内 布 置 和 优 化 车 内 声 学 特 性 提 供 了 依 据 ,并 为 轿 车 车 内 空 腔 声 学 模 态 提 供 了 简 单 易 行 的 测 试方 法 。参 考 文 献1 周 钅 宏 等 . 轿 车 车 内 空 腔 声 学 模 态 . 同 济 大 学 学 报 , 2 0 0 1 , 2 9( 5 ) 胜 勇 等 . 轿 车 乘 坐 室 声 学 模 态 分 析 . 同 济 大 学 学 报 , 2 0 0 0 ,2 8 ( 4 ) 天 飞 等 . 轿 车 车 室 声 固 耦 合 系 统 的 模 态 分 析 . 机 械 工 程学 报 , 2 0 0 5 , 4 1 ( 7 ) 晓 雄 等 . 汽 车 噪 音 的 预 测 与 控 制 . 上 海 : 同 济 大 学 出 版 社 ,2 0 0 4 .( 责 任 编 辑 文 楫 )修 改 稿 收 到 日 期 为 2 0 0 7 年 1 月 5 日 。 材 料 工 艺 设 备 基 于 U G 的 汽 车 车 身 焊 装 夹 具 的 三 维 模 拟 设 计王 元 勋1张 鹏1徐 华 平2( 1 . 华 中 科 技 大 学 ; 2 . 武 汉 泛 驰 科 技 有 限 公 司 )【 摘 要 】 以 某 汽 车 地 板 后 纵 梁 总 成 焊 装 夹 具 的 设 计 为 例 , 介 绍 了 汽 车 车 身 焊 装 夹 具 的 结 构 特 点 和 设 计 要 点 。 阐 述了 基 于 U G 三 维 建 模 平 台 的 焊 装 夹 具 的 设 计 方 法 , 该 方 法 可 进 行 焊 装 夹 具 的 三 维 结 构 设 计 、 三 维 建 模 、 虚 拟 装 配 、 焊枪 姿 态 模 拟 及 二 维 出 图 等 , 生 产 成 本 及 产 品 报 废 率 低 、 设 计 周 期 短 , 可 逐 步 取 代 传 统 的 二 维 平 面 设 计 。主 题 词 : 车 身 焊 装 夹 具 设 计 U G 软 件中 图 分 类 号 : U 4 6 3 . 8 3 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 0 - 3 7 0 3 ( 2 0 0 7 ) 0 6 - 0 0 3 5 - 0 4T h e 3 D S i m u l a t i n g D e s i g n o f C a r B o d y W e l d i n g J i g B a s e d o n t h e U GW a n g Y u a n x u Z h a n g P e n X u H u a p i n 1 . H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ; 2 . W u h a n F A I T H S c i e n c e & T e c h n o l o g y C o . , L t d )【 A b s t r a c t 】 T a k e s o m e w e l d i n g j i g d e s i g n o f t h e b o d y f l o o r r e a r c a r l i n g m e m b e r a s s e m b l y