一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法与流程

1.本发明属于车门测量技术领域，具体的说是一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法。


背景技术：

2.乘用车车门模态是汽车模态匹配表中的一项重要指标，在白车身单件以及整车状态下都应该合理的匹配设计，模态频率过低则容易被路面激励产生车门震颤问题，同时车门模态频率应该与其相邻系统避频避免共振，此外车门表面还存在一些弱点，弱点动刚度不足会产生汽车轰鸣以及汽车声品质问题，因此车门模态测试及表面弱点动刚度识别至关重要。当前公开的车门模态测试方法为台架状态试验，仅能通过音频识别车门的各阶固有频率，但不能确定车门的模态阵型以及表面弱点的具体位置；当前公开的车门表面弱点的测试方法识别的精度不够高，可能会遗漏车门表面较弱的位置，未能结合车门模态阵型来判断弱点位置，而且该方法未考虑到车门内板的弱点情况。


技术实现要素：

3.针对以上问题，本发明提供了一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，本发明通过力锤和一个单向振动加速度传感器及软硬件设备即可获取准确获取车门各阶模态频率，操作方法简易于操作，提升试验效率；相比较音频测试方法，本发明适用于整车及单件车门模态频率的获取，同时可以获取各阶模态频率所对应的模态阵型，为整车模态匹配及白车身开发提供依据，具有更好的适用性；本发明是基于车门的各阶模态阵型来识别车门内外表面的弱点位置，相比较已经公开的车门表面刚度测试方法，本发明法的试验精度更高，弱点位置识别更加准确；本发明通过计算各个弱点处的动刚度均值来评价车门的动刚度水平，为优化车门及改善汽车车门声品质提供数据支撑。
4.本发明技术方案如下，一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，包括以下步骤：
5.s1在车门上标记第一激励点、激励点与测量点；
6.s2将待测车门放置于预定位置，在测量点布置传感器；
7.s3激励每个激励点，在测量点记录数据；
8.s4根据步骤s3数据绘制频响函数曲线；
9.s5根据步骤s4的曲线绘制车门各阶模态和模态阵型，识别弱点；
10.s6重新布置传感器，激励所有弱点，记录数据；
11.s7根据步骤s5数据绘制动刚度曲线。
12.进一步的，第一激励点为据车门两边框10mm以内的点，测量点以第一激励点为圆心，10mm为半径以内的任意点。
13.进一步的，激励点有20-40个，平均布置于车门上。
14.进一步的，步骤s3中，激励力为20-100n。
15.进一步的，步骤s4中，频率范围为0-200hz。
16.进一步的，步骤s5中，将频响函数曲线，通过最小二乘复频域法，计算得到各阶模态频率和模态阵型。
17.进一步的，步骤s6中，传感器放置于弱点上。
18.进一步的，步骤s6中，激励范围不超过弱点周围10mm。
19.进一步的，步骤s6中，激励力与步骤s3中一致。
20.进一步的，步骤s7中，通过动刚度与原点导纳的关系计算得到每个弱点的动刚度曲线。
21.本发明的有益效果为：
22.本发明通过力锤和一个单向振动加速度传感器及软硬件设备即可获取准确获取车门各阶模态频率，操作方法简易于操作，提升试验效率；相比较音频测试方法，本发明适用于整车及单件车门模态频率的获取，同时可以获取各阶模态频率所对应的模态阵型，为整车模态匹配及白车身开发提供依据，具有更好的适用性；本发明是基于车门的各阶模态阵型来识别车门内外表面的弱点位置，相比较已经公开的车门表面刚度测试方法，本发明法的试验精度更高，弱点位置识别更加准确；本发明通过计算各个弱点处的动刚度均值来评价车门的动刚度水平，为优化车门及改善汽车车门声品质提供数据支撑。
附图说明
23.图1为本发明流程图。
24.图2为本发明激励点与测量点布置示意图。
25.图3为本发明乘用车车门幅值响应随频率变化的曲线。
26.图4为本发明乘用车模态阵型示意图。
27.图5为本发明乘用车车门弱点动刚度曲线。
28.图中：
29.1-第一激励点；2-测量点；3-弱点。
具体实施方式
30.需要说明的是，在本发明的描述中术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；连接可以是机械连接，也可以是电连接；相连可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.本发明阐述了乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，该方法使用力锤激励、单向振动加速度传感器测取振动信号。考虑到所需测点较多，基于maxwell互易性原理，采用固定传感器移动力锤的方式，使用一个单向振动加速度传感器即可以完成试验，既可以
减少附加质量的影响又能避免传感器和测量通道不足而产生的问题。使用力锤对整车坐标系y向激励，通过单向振动加速度传感器测量y向振动信号，进而获取车门的各阶模态频率、模态阵型以及表面弱点参数
33.步骤1：样车(件)准备。整车状态下试验需要将乘用车整车熄火静置，准备力锤与单向振动加速度传感器；单件车门状态下需要将车门用较软的弹性绳悬吊，模拟“自由-自由”的边界条件，力锤和传感器均与数据采集前端连接，数据采集前端与笔记本连接。
34.步骤2：激励点与测量点选取。激励点的位置应避开车门的模态节点，选取的第一激励点距离车门边框均10mm，如图2，在第一激励点处粘贴单向振动加速度传感器，该第一激励点为测量点，其他激励点应能充分反映乘用车车门各处的模态响应，获取完整的模态阵型并为弱点位置的寻找提供准确的数据支撑，其他激励点按照7
×
7(车门长度＞1.2m)或5
×
5(车门长度≤1.2m)的方式均匀布置在车门门板上，若采用有框车门，门框上也应均布其他激励点。
35.步骤3：试验测试。固定单向振动加速度传感器位置不动，基于maxwell互易性原理，使用力锤沿车门法向进行敲击，每个激励点用20-100n的力敲击5次，然后依次移动力锤完成全部激励点的测量，敲击过程力道均匀应避免双击，分析频率范围：0～200hz。
36.步骤4：试验数据处理及弱点位置分析。对每个测点采集得到的振动数据进行傅里叶变换，频率分辨率为0.5hz，获得0-200hz范围内幅值响应随频率变化的曲线，如图3，幅值单位为mm/s2。该曲线随频率变化的峰即为第n阶模态，从左往右数第一个峰为车门第一阶模态频率，以此类推，从左往右数第五个峰为车门第五阶模态频率。
37.再以幅值响应随频率变化的曲线为基础，通过最小二乘复频域法获得乘用车车门的模态频率及模态阵型，分析车门模态阵型图，如图4，将每个模态阵型中响应最大点的位置定义为该车门的弱点位置(软件计算)。
38.步骤5：车门弱点动刚度测试及分析。将单向振动加速度传感器依次贴在每个弱点位置，用力锤分别敲击振动传感器附近，敲击点与弱点之间的距离不大于10mm，通过动刚度与原点导纳的关系计算得到各个弱点的动刚度曲线，单位为n/mm，计算20～200hz范围内的动刚度平均值，从而可以得到该车门表面各个弱点动刚度数值。
39.按照上述步骤完成某款乘用车车门的模态试验，对激励信号和振动响应信号做快速傅里叶变换，再通过最小二乘复频域法计算得到该车门0-200hz频率范围内的各阶模态频率以及模态阵型。基于获取的1-5阶模态阵型，识别到车门的弱点位置及其分布情况。然后对各个弱点展开试验，获取得到各个弱点的动刚度数据，计算20-200hz频率范围内的动刚度平均值即可找的该车门最需要加强的位置。该车门的前五阶模态频率如表1所示：
40.表1乘用车车门模态频率
41.模态阶数模态频率(hz)1阶68.52阶73.53阶81.94阶84.55阶99.3
42.任取某一阶模态阵型即可以判断弱点位置，比如取第2阶阵型结果如图4所示，其
弱点位置为图中深蓝色点。
43.该点动刚度试验曲线如图5。
44.在图5中实部中所有点纵坐标相加再除以测试数目，得到弱点动刚度值为106.2n/mm，动刚度值＝曲线上各个点纵坐标之和/各个点数量和。根据该车门的动刚度指标判断改点动刚度数值是否达标，是否需要对该点附近进行加强。
45.1、本发明阐述了一种乘用车车门模态试验方法，该方法既适用于整车状态试验也适用于白车身单个车门的模态试验，具有良好的适用性，可以很好的应用于整车以及白车身的开发。
46.2、本发明使用力锤激励，使用一个单向振动加速度传感器测量振动响应信号，基于maxwell互易性原理，减小了附加质量的影响同时操作更加灵活，需求传感器数目少对设备的需求也更低。
47.3、本发明在识别车门模态阵型的基础上识别车门弱点位置，这种判断的弱点位置更加准确，提高了试验的准确度。
48.4、本发明通过试验手段获取乘用车车门各个弱点的动刚度数据，采用平均法计算得到各个弱点的动刚度曲线，通过计算20-200hz频率范围内的动刚度数值来判断该点是否需要加强，为车门的优化提供数据支撑。
49.5、本发明不仅适用于乘用车车门，针对商用车的车门的模态及弱点动刚度的试验也同样适用。
50.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
51.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

技术特征：
1.一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：s1在车门上标记第一激励点、激励点与测量点；s2将待测车门放置于预定位置，在测量点布置传感器；s3激励每个激励点，在测量点记录数据；s4根据步骤s3数据绘制频响函数曲线；s5根据步骤s4的曲线绘制车门各阶模态和模态阵型，识别弱点；s6重新布置传感器，激励所有弱点，记录数据；s7根据步骤s5数据绘制动刚度曲线。2.如权利要求1所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一激励点为据车门两边框10mm以内的点，测量点以第一激励点为圆心，10mm为半径以内的任意点。3.如权利要求2所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s1中，所述激励点有20-40个，平均布置于车门上。4.如权利要求3所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s3中，激励力为20-100n。5.如权利要求4所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s4中，频率范围为0-200hz。6.如权利要求1至5任一项所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s5具体为将频响函数曲线，通过最小二乘复频域法，计算得到各阶模态频率和模态阵型。7.如权利要求6所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s6中，传感器放置于弱点上。8.如权利要求7所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s6中，激励位置不超过弱点周围10mm。9.如权利要求8所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s6中，激励力与步骤s3中一致。10.如权利要求9所述的一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，其特征在于，步骤s7中，通过动刚度与原点导纳的关系计算得到每个弱点的动刚度曲线。

技术总结
本发明公开了一种乘用车车门模态测试及表面弱点识别方法，属于车门测量技术领域，通过力锤和一个单向振动加速度传感器及软硬件设备即可获取准确获取车门各阶模态频率，操作方法简易于操作，提升试验效率；相比较音频测试方法，本发明适用于整车及单件车门模态频率的获取，同时可以获取各阶模态频率所对应的模态阵型，为整车模态匹配及白车身开发提供依据，具有更好的适用性；本发明是基于车门的各阶模态阵型来识别车门内外表面的弱点位置，相比较已经公开的车门表面刚度测试方法，本发明法的试验精度更高，弱点位置识别更加准确；本发明通过计算各个弱点处的动刚度均值来评价车门的动刚度水平，为优化车门及改善汽车车门声品质提供数据支撑。声品质提供数据支撑。声品质提供数据支撑。


技术研发人员：王兴凯 周涛 宋继强 陈晓梅 赵伟
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/13