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模态试验及工作变形分析在汽车车内噪声诊断中的应用 模态试验及工作变形分析在汽车车内噪声诊断中的应用 李艳斌 张满良 姜建中 （北汽福田汽车股份有限公司） 摘要：本文介绍了模态分析和工作变形的基本概念，并着重阐述了两者的区别和联系。通过 实例，介绍了这两种分析手段在汽车车内噪声诊断中的应用。 关键词：模态分析 工作变形 Abstract ：The paper introduces the basic principle of modal analyses and operating deflection shape, and their difference and relationship. We present an application example in troubleshooting the interior noise for a van. Key words ：Modal analyses Operating deflection shape 1、前言 模态分析技术从 20 世纪 60 年代后期发展至今已趋成熟，并被广泛的用于汽车设计和汽 车 NVH 性能的故障诊断中。汽车上的各个系统都是相互连接在一起的，相连接的系统的模 态一定要分开，否则它们之间就会发生共振。通过模态分析技术就可以得到各个子系统的模 态，进一步分析各个系统之间有没有模态耦合。由于国内汽车工业相对发达国家还比较落后， 部分新车型会存在振动或者噪声方面的问题，我们一般可以对样车进行工作变形分析。工作 变形分析是近些年才出现的新的故障诊断方法，它和运行模态一样，都是利用实际工况下的 响应信号计算得到有用的信息。工作变形分析可以使工程师们更直观的了解样车在实际工况 下的工作形式，为进一步的故障诊断提供依据。本文通过一个乘用车的降噪实例，来具体说 明模态分析和工作变形这两种分析方法是如何在汽车降噪中应用的。 2 、模态分析、工作变形的定义 2 ．1 模态分析的定义 将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一 组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵 为模态矩阵，其每列为模态振型。 2 ．2 工作变形的定义 ODS 即工作变形分析，是指实际工作状态下的试件振动的视觉体验，简而言之就是在 实际工作情况下试件怎么振动的。ODS 是指结构在某一特定频率、特定转速下的变形，所 1 模态试验及工作变形分析在汽车车内噪声诊断中的应用 以也可以概括的定义为结构的受迫振动。不同的转速对ODS 的结果可能会有一定的影响。 3、模态分析和工作变形的区别和联系 模态分析和工作变形之间的区别： 1）模态描述结构的共振，而一个工作变形仅仅描述了在某个特定频率或时间下的受迫 响应。 2 ）模态是共振结构的固有属性，工作变形可以定义到任何结构，共振或非共振结构均 可。 3 ）工作变形随着结构载荷的改变而改变，但模态不会。工作变形是任意的，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)工作变形可以回答“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 ）模态试验需要测试结构的传递函数，工作变形需要测试的是结构在实际工况下的响 应。 模态分析和工作变形之间的联系： 通过模态分析和工作变形分析可以判断出模态分析中的几阶振型对实际运动工作环境 下变形产生了影响。换言之，工作变形表现出了真正的运动变形情况，但它到底是由模态分 析中的哪几阶组合，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。 所以模态分析是工作变形分析的基础和前提条件。 4 、实例应用 4 ．1 实例介绍 在开发一款新型客车时，发现该样车中后排乘员耳旁噪声在发动机的低转速段较大。经 过简单的噪声测试及谱分析知道，后排噪声在低转速段内主要由发动机的点火频率所决定， 是板件的低频振动，向车内辐射噪声，使得该车后排噪声偏大，辐射噪声较大的频带主要集 中在 30～60Hz。并且通过主观评价也可以验证这一观点。为了了解车身板件的结构特性和 实际工况下车身板件