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NVH厨房之五十七:ATOM基于最小二乘复频域法的模态识别技术(下)

时间:2/5/2026 6:34:00 PM    浏览:66

上篇NVH厨房之五十六:ATOM基于最小二乘复频域法的模态识别技术(上),我们重点讲述了为何要进行模态测试与分析、ATOM测试系统的模态频率和模态阻尼求解、以及系统振型的求解等,今天我们就来讲一讲ATOM最小二乘复频域法识别模态以及ATOM基于最小二乘复频域法的模态测试分析应用。

ATOM最小二乘复频域法识别模态

在求得系统极点、模态阻尼比、模态参与因子后,可以构建稳态图来判断极点的计算稳定性。对于真实的物理模态,当计算阶次改变后,它们仍然可以稳定地出现在稳态图中;而对于虚假的计算模态,它们不能在稳态图上稳定地出现。在稳态图中,为了更方便的观测频率、阻尼比、模态参与因子随阶次的变化,分别要s、v、d、f、o来表示不同的稳定情况,稳定性的判定主要通过模态频率稳定性、阻尼比稳定性、模态参与稳定性三个维度进行判定。

假设在第n阶计算时得到m个极点(m<=n),并取其中一个极点为例,设该极点对应的频率、阻尼比、模态参与因子为在第n-1阶的计算结果中,寻找频率与差值最小的极点,设该极点对应的频率为计算对应量的偏差量,按照如下的公式判断稳定性:

频率稳定性计算:

公式11

阻尼稳定性计算:

公式12

模态参与因子稳定性计算:


公式13

依据稳定性定义出极点稳定性标记:

表1

极点类型字母

极点类型含义

满足条件

o

基础类型

(能算出有效极点)

f

频率稳定性达到要求

公式6

d

频率、阻尼稳定性达到要求

公式6、7

v

频率及模态参与因子稳定性达到要求

公式6、8

s

模态频率、阻尼、模态参与因子稳定性均达到要求

公式6、7、8

为了更加直观的分辨极点,稳态图中将函数曲线与极点标记放在一起,方便观测和判断,对比极点和曲线的峰值、谷值的位置,有助于判断是否为真实的物理模态,这些函数曲线会用到如测点频响函数曲线、模态指示函数、频响函数综合曲线等。如下图所示:

图1

ATOM 基于最小二乘复频域法的模态测试分析应用

某中型客车在60kph(仪表车速,后文无特殊说明均为仪表车速)前后行驶时,驾驶员位置存在明显压耳声,主观不可接受。

采集匀速与加速工况下驾驶员位置噪声数据,频谱分析如图2所示。60kph匀速工况驾驶员位置24Hz噪声峰值远高于其他频率噪声,问题频率为24Hz。加速工况车内噪声存在24Hz共振带特征,且有明显与车速相关阶次特征,在56kph(实际车速,比仪表车速低4kph左右)时阶次特征被24Hz共振带放大。根据轮胎半径(0.376m)与后桥减速器速比(3.69),计算得出实际车速为56kph时,轮胎一阶转动频率为6.6Hz,传动轴一阶转动频率为24.3Hz,由此判断车内问题为传动轴激励与24Hz模态耦合产生。



图2 60kph匀速与30-100kph加速工况车内噪声频谱

该车型传动轴为三段式传动轴,前轴与中间轴连接位置通过橡胶支撑安装在车架上,中间轴与后轴通过缓速器连接,缓速器通过橡胶隔振垫安装在车架上。传动轴与橡胶支撑,缓速器与隔振垫组成的弹簧质量系统存在系统模态,初步怀疑24Hz为缓速器/传动轴中间支撑模态。为锁定问题原因,通过ATOM测试并识别0-50Hz传动轴模态。结果如表2所示:其中缓速器刚体模态频率24.1Hz,与车内问题点频率完全对应。车内60kph压耳问题为传动轴一阶不平衡激励与缓速器刚体模态耦合导致。

表2 传动轴0-50Hz模态测试结果


问题优化思路:

①控制传动轴与缓速器动不平衡,降低源头激励;

②将缓速器刚体模态移频,刚体模态频率≤20Hz,使其不被人感知(人耳听觉范围20-20000Hz)。

考虑该车型传动轴动平衡控制已经处于行业领先,本问题重点从降低缓速器刚体模态着手。降低缓速器隔振垫刚度可有效降低刚体模态频率:将隔振橡胶硬度降低至48HA,且隔振垫结构从面接触调整为锯齿接触,降低接触刚度。方案实施后缓速器刚体模态从24Hz降低至14Hz,60kph车内24Hz噪声降低12dB(A),压耳感显著改善。


图3 隔振垫方案实施前后60kph车内噪声对比

在本案例中,使用ATOM基于最小二乘复频域法的模态识别技术,测试传动轴模态,通过模态将传动轴与问题关联起来,支撑问题解决,实现振动噪声问题的风险控制,模态起到了连接物理世界与动态性能的桥梁。

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