汽车车身噪声与振动控制：车身模态规划表

模态分离与解耦是车身噪声与振动控制中最重要的工作之一。要实现前面提到的三个解耦原则，就必须制定模态规划表来指导各个系统的开发。对车身来说，需要制定三张模态规划表或图，即整车模态规划表、车身模态规划表和激励特征图。在开发过程中，按照这些模态规划来开展工作，一是可以使各个系统的工作相对独立，二是可以使开发工作有序进行，减少产品后期的整改工作，从而降低成本。

1.整车模态规划表

整车模态规划表是将车身与其他系统的模态频率画在一张表内，见表1-1。车身的主要模态小于100Hz，因此这张表的频率范围在100Hz之内。50Hz内的频率更为重要，表的频率范围也可以设定为50Hz。这张表给出了车身、动力总成、底盘、排气等系统的模态频率以及怠速激励频率，其目的是使汽车各个部分的模态解耦，并且避开怠速激励频率。当整车模态规划表确定后，就确定了各个系统的模态目标，它们的开发就可以相对独立进行。

在表1-1中，车身的一阶弯曲和一阶扭转模态频率分别是28.5Hz和26.4Hz，与车身相连接的系统频率分别是：

□动力总成的刚体频率是：7.5Hz，6.5Hz，8.8Hz，10.7Hz，12.8Hz和14Hz；

□底盘的跳动模态频率是：13.2Hz和16.5Hz；

□排气系统的模态频率是：23.5Hz、37.2Hz和41.6Hz。

由此可见，车身的模态频率避开了相连系统的模态频率。

空调关和开时对应的发动机转速分别是750r/min和900r/min。对一个四缸发动机来说，二阶的激励频率分别为25Hz和30Hz。车身的模态频率与怠速的激励频率错开了一定范围。

有了整车模态表，车身的开发就相对独立。根据整车车身模态、内饰车身模态和白车身模态频率之间的关系，根据表中的整车车身模态频率就可以设定白车身的模态频率目标，并以此作为车身NVH开发的基础。

2.车身模态规划表

车身模态表是将整车车身的模态与车身上各个部件的模态放在一起，见表2-2。其目的是使整车模态频率与车身局部模态频率分离，以及激励频率分离。车身的主要局部包括：前壁板、前地板、后地板、前纵梁、顶棚、前侧围板、后侧围板、行李箱地板、行李箱盖板、发动机舱盖板、转向盘、反光镜、内后视镜、座椅、声腔模态。

表2-2 车身整体模态和局部模态频率规划表

（续）

这些局部模态会产生两类噪声振动问题。第一类是与车身的整体模态产生共振。例如，前面提到的前地板39Hz的模态频率与38Hz的车身第一阶扭转频率接近，当车身整体受到这个频率段激励时，地板很容易被激励起来。第二类是局部模态被外界激励起来。板结构很容易被发动机、风、路面等激励起来。例如，压缩机的激励传递到空调管，管子穿过前壁板时，可能将它激励起来。

如果有了一款车的上述数据，就可以填入到表2-2中，然后画出类似于表1-1那样的形式，从而直观地看到相邻结构之间的耦合情况。(www.xing528.com)

3.车身模态与激励特征图

汽车上还有很多旋转机械激励源，如发电机、水泵、机油泵、压缩机、鼓风机、风扇等，可以将它们分成两类。

第一类是转速固定的，比如怠速时的发动机转速、风扇转速。比如，某车怠速空调关（AC-Off）时，发动机转速为700r/min，它对应的二阶激励频率为23.3Hz；空调开（AC-On）时，发动机转速为900r/min，对应的二阶激励频率为30Hz。风扇通常有几个档位，假设这辆车的风扇只有高档和低档两个档位，转速分别为1800r/min和2600r/min，对应的基频分别为30Hz和43.3Hz。将这些参数列在一张表上（表2-3），就可以清晰地看到转速与频率的关系。

表2-3 某车固定旋转部件的转速和频率关系

第二类是旋转机械与发动机转速成比例关系，而且它们内部还有叶片和/或轴承等，这些将决定它们相对于发动机的阶次。这类旋转机械的阶次比较复杂，比如发电机内部有叶片、线槽和轴承，这一个部件就会有三个激励阶次，类似的部件还有压缩机、水泵等。表2-4列出了某车上部分第二类旋转机械与发动机的传动比、叶片/轴承/线槽数，以及对应的发动机阶次。

表2-4 某车部分旋转机械与发动机的传动比以及对应的发动机阶次

把车身的模态列出来，见表2-5。为了简化问题，表2-5仅列出了这辆车的部分车身模态。

将表2-3～表2-5的数据画在一张转速-频率-阶次图上，如图2-52所示。横坐标是频率，纵坐标是转速。将表2-4中的发动机激励和与之相关的旋转机械激励画成散射型的阶次线，将表2-5中车身模态对应的频率画成竖直线，将表2-3中相对转速固定的激励画成水平线，同时划出对应的频率竖直线，就形成了这张车身模态与激励特征图。

表2-5 某车部分车身模态

图2-52 车身模态与旋转机械的激励关系

从图2-52中可以清晰地看到车身模态与激励源的关系，可以一目了然地诊断问题。比如这辆车在加速过程中，出现了185Hz轰鸣声，它与发动机的转速密切相关，在1800r/min附近。在这张表上，画一根1800r/min处的水平线，它与发动机、风扇和压缩机激励相交。发动机的二阶和四阶对应的频率是60Hz和120Hz，风扇低档和高档对应的频率分别是30Hz和43.3Hz，压缩机对应的频率是187.5Hz。因此，可以判断激励源来自压缩机。压缩机的激励通过管道传递到前壁板，而前壁板的频率是185Hz，因此它被激励起来，对车内辐射噪声。

图2-52只给出了一部分车身模态和激励源，实际的车身模态与激励源图比这复杂，但是分析原理是一样的。