1.车身模态的描述
从上面的模态理论分析可知，任何点的响应都是该点各阶模态响应的叠加。对于某阶模态，对应地有模态频率和模态振型。模态振型就是在这个频率下结构的振动“形状”，当然这个“形状”是看不见的。
下面以一根悬臂梁（图2-38a）为例来说明模态振型。图2-38b和c显示出来第一阶弯曲模态和第二阶弯曲模态。对第一阶弯曲模态来说，在固定支撑处的位移为零，在自由端的位移最大。对第二阶弯曲模态来说，在固定支撑处的位移为零，然后位移逐渐增大，在中间某个位置时达到最大，接着位移变小并在某个位置为零，再朝反方向运动并达到一个极值。
图2-38 悬臂梁的第一阶弯曲模态和第二阶弯曲模态
在模态振型中，模态位移为零的点称为节点，如图2-38c中的A点。幅值最大的点称为反节点，如图2-38c中的B点。在节点处，表明该模态对整体响应没有贡献。弯曲模态、扭转模态和其他复合模态都存在着节点和反节点。集中质量和外力的激励点都应该尽可能放置在节点或者接近节点，从而减小激励对系统的输入和降低系统的响应。
在车身模态中，最重要的是第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态。整车或者内饰车身的模态非常复杂，一些局部模态经常与车身的整体模态混杂在一起，因此观察模态振型不容易。为了清晰地观察到车身整体模态，白车身是最好的选择。图2-39所示为一个白车身的第一阶弯曲模态，它的振型具有下面几个特征：
□车身的主要运动和变形是在垂直方向；
□车身前端和后端在垂直方向做同向运动；
□车身的中部与前端和后端做反向运动；
□B柱有横向的呼吸运动；
□地板和顶棚通常是同向运动，少数情况下出现反向的呼吸运动。
图2-39 车身的第一阶弯曲模态图
图2-40所示为一个车身的第一阶扭转模态，车身沿着对角线方向的被扭曲。它的振型具有下面几个特征：
□前端的左右两边做反向运动；
□后端的左右两边做反向运动；
□前端和后端的对角线做同向运动。
车身的第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态对整车的振动、转向盘和座椅的振动、车内轰鸣声的影响非常大。如果这些模态频率与动力系统的激励频率或者路面激励频率一致，很容易产生上述的噪声和振动问题。
图2-40 车身的第一阶扭转模态图（见彩插）
对整车或者内饰车身来说，除了整体的弯曲模态和扭转模态外，还有很多其他局部模态，如前壁板弯曲的模态、车门呼吸模态、转向盘的弯曲模态等。车身的模态可以分成四大类，下面列出部分模态并简单描述。
①车身整体模态：以车身整体形式呈现出的模态，主要有：
垂向弯曲模态：在垂直方向，前后两端同向运动，并且与中心方向的运动相反，形成了第一阶垂向弯曲模态；在垂直方向，前后运动方向相反，即相位相差180°，形成了第二阶垂向弯曲模态。
横向弯曲模态：与垂向模态类似，只是运动方向在横向，即在平行与地面的平面上。
扭转模态：车身前后形成扭曲的运动形式。
②车身板结构模态：车身梁和/或立柱之间的板呈现出的局部模态，它不是车身的整体模态。板结构模态主要有：
前壁板弯曲模态：垂直于前壁板的运动形式，或者沿着车身前后方向运动的形式。(www.xing528.com)
车门呼吸模态：由于B柱的弯曲运动，使两侧的车门出现反向的运动形式，看上去像“呼吸”的样子。
侧板的模态：垂直于侧板的弯曲运动形式，即在横向的运动。
地板模态：垂直于地板的运动形式。
备胎板模态：垂向的弯曲运动形式。
油箱板模态：由于油箱的跳动而引起的地板局部的垂向运动形式。
③次梁模态：除了车身主梁和立柱之外的次梁所产生的局部模态，它不是车身的整体模态。次梁模态主要有：
发动机舱上纵梁模态：上纵梁的横向弯曲模态和垂向弯曲模态。
冷却模块支撑梁模态：支撑梁的垂向弯曲模态。
保险杠模态：前部保险杠的弯曲模态和扭转模态。
④附件模态：安装在车身上的附件的模态，主要有
转向盘模态：垂向弯曲模态、横向弯曲模态和扭转模态。
后视镜模态：后视镜的局部弯曲模态。
座椅模态：座椅的前、后方向和横向的弯曲模态。
本章讲述的是车身整体模态。第三章“车身局部振动与噪声控制”将详细介绍车身板的运动、板的局部模态和附件模态。
2.车身模态频率
车身模态的重点研究对象是白车身，因为它是车身的核心，主要有三个原因：一是白车身是内饰车身和整车车身的基础，它们的模态形式和频率存在一定的关系，一般来说，白车身的模态频率高，内饰车身和整车车身的模态频率也高；二是白车身的模态相对比较单纯，能够清晰地分辨出整体弯曲模态、扭转模态和钣金件的局部模态，而且分析和测试白车身相对容易；三是在产品开发初期，车身设计的主要任务是设计车身整体结构，决定白车身的结构参数、刚度和模态。
图2-41 白车身的第一阶弯曲模态
图2-41给出了一组经济型轿车、中高级轿车和SUV白车身的第一阶弯曲模态。经济型轿车白车身的第一阶弯曲模态频率一般为40～50Hz，中高级轿车一般为45～55Hz，SUV一般为45～55Hz。
白车身安装了车门、内饰件、座椅之后，就变成了内饰车身，由于质量增加，使弯曲模态频率下降了许多。内饰车身的第一阶弯曲频率比白车身的第一阶弯曲频率大约降低20Hz。整车车身的第一阶弯曲频率比内饰车身的第一阶弯曲频率大约降低1～3Hz。整车车身的第一阶弯曲频率通常为20～30Hz。白车身的第一阶弯曲模态频率大约是整车车身的1.5～2.2倍。
图2-42给出了一组经济型轿车、中高级轿车和SUV白车身的第一阶扭转模态。经济型轿车白车身的第一阶扭转模态频率一般在40Hz左右，中高级轿车一般为40～50Hz，SUV一般为35～40Hz。
图2-42 车身的第一阶扭转模态
内饰车身的第一阶扭转频率比白车身的第一阶扭转频率大约降低5～10Hz。整车车身的第一阶扭转频率比内饰车身的第一阶扭转频率大约降低1～3Hz。整车车身的第一阶扭转频率通常为20～30Hz。白车身的第一阶扭转模态频率大约是整车车身的1.1～1.6倍。
中高级轿车和SUV白车身的弯曲刚度和扭转刚度比经济型轿车大许多，但是它们的模态频率差别并不明显，这是因为经济型轿车的重量轻，车身较短，结构紧凑。由于中高级轿车和SUV重量大，车体长，甚至会使某些车的模态频率比经济型轿车还低。
车身模态由车身结构决定。下车体结构，如纵梁、隧道梁等，对弯曲刚度的影响非常大；而上车体，如顶棚梁、立柱、风窗玻璃等，对扭转刚度的影响很大。有风窗玻璃的白车身的第一阶扭转模态频率比没有风窗玻璃的高3～10Hz，但是对弯曲模态频率的影响不大。
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