汽车后视镜抖动的试验和仿真分析

2011-10-22 18:48:43来源: 互联网

1 概述

  车外后视镜是汽车主动安全的重要装置之一,是驾驶员获取汽车两侧和后方等外部环境信息的工具,也是保证汽车行驶安全的重要工具。在汽车行驶过程中,路面激励、发动机和传动系统的振动都会引起车身振动,可能造成后视镜不同程度的抖动。严重的抖动会造成后方视野不清,导致驾驶员因判断失误进而引发交通事故。根据文献统计,我国因后视镜设计制造缺陷造成的交通事故占交通事故总数的30%,而美国所占比例为20%,尤其在高速公路上,此比例高达70%。因此,后视镜除了满足有关法规和标准要求,合理选择曲率半径、镜面大小外、安装位置外,必须注意后视镜的动态特性。

2 问题的提出

  在国内某一款乘用车的道路实验过程中发现:后视镜不仅在怠速工况下发生严重抖动,并且在高速行驶和粗糙路面上行驶也有明显的抖动。使驾驶员观察视野模糊,不仅易造成驾驶员视力疲劳,而且无法及时准确的判断两侧和后方的情况,存在较大的安全隐患。本文针对此问题进行了分析和改进。

3 实验模态分析

  为了获取后视镜的真实工作状况,在整车上进行试验,测试后视镜的动态特性时采用锤击激励。实验的数据采集前端采用LMS公司的SCADIII,力锤采用PCB公司的HEV200,传感器采用PCB公司的三向加速度传感器,数据分析处理软件采用Test.LAB 9等进行实验。

  传感器的布置位置见图1

  

图1 后视镜传感器布置位置

  数据采集截止频率为512Hz,频率分辨率为0.5Hz,通过分析可得到如下结果:

  

图2 后视镜模态计算结果

  从试验结果看出,后视镜的模态频率偏低,很容易被发动机、传动系统以及路面所激励,是导致后视镜抖动的重要原因。

4 后视镜数值模拟分析

  针对本款车出现的后视镜抖动的问题,如果单纯采用试验方法寻求问题的成因会困难、而且耗时。为了快速找出结构的设计缺陷并提出修改建议,本文采用仿真模拟方法,对后视镜结构进行结构模态分析,检查找出结构中存在的问题,提出涉及更改建议。

  4.1 有限元模型的建立

  为了使后视镜模态分析在接近于实际情况的条件下进行,采用后视镜安装在前门的状态下进行分析,后视镜及前门的有限元模型是在HyperMesh中完成的,在有限元模型中,采用四面体单元TETRA4,钣金件的单元划分以四边形单元CQUAD4为主,过渡单元用三角形单元CTRIA3,并控制在3%内,铰链轴采用RBE2单元进行模拟,焊点采用CWELD单元进行模拟、胶采用实体单元进行模拟。有限元模型如图3所示:

图3 后视镜及侧门的有限元模型

图4 后视镜的模态有限元分析结果

  有限元模型完成后,再分别赋予材料属性,并对模型施加约束条件,约束按照车门的实际工作状态处理,约束门锁与铰链处的三个方向的平动自由度,另外再约束侧门与侧围接触部位的Y向平动自由度,当这些设置完成以后,然后提交RADIOSS进行计算。计算结果如下图4。

  为了明确掌握有限元分析与试验的符合情况,将两者的结果进行了对比,见下表1。通过表1可以看出:试验结果与有限元分析结果差别很小,说明仿真分析结果有较高的可信度,因此可以通过有限元仿真的方法,实现对结构的改进。

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  4.2 设计修改及验证分析

  从上述试验和分析可以看出:后视镜抖动的主要原因在于垂直振动的频率较低,提高该模态的频率值是本次修改的重要目标。利用Hyper study的优化分析以及类似后视镜的结构发现,两个因素对计算结果有重要影响[3]:第一,三角座(见图5)的材料属性对模态影响较大,该零件的材料为PA6,弹性模量较小,通过与供应商联系确认,可通过增加玻璃纤维(GF)与金属粉(MD)来提高材料的弹性模量,进而提高后视镜的模态频率。

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图5 后视镜三角架

图6 后视镜修改前后结构对比

  第二,后视镜内部玻璃支架结构特点的影响,该支架仅与后视镜外壳进行连接(见图6(a)),没有与三角支架连接,而且该支架质量较大造成后视镜重心总体偏向外侧,形成类似悬臂梁的结构,使后视镜更易于发生振动。为此,对该结构进行了修改,修改后的结构见图6(b)。

  完成上述修改,重新建模进行有限元分析,分析结果见下表2。从表2中可以看出修改后的第一阶上下振动频率提高到了34.24Hz,而第二阶前后振动频率也增加到40.53Hz,有效避开了激励源的共振频率,基本满足设计要求。该款车在随后的路试中,后视镜没有出现抖动的情况,说明上述修改效果确实有效。

  表2 修改前后的后视镜有限元分析结果

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5 分析与结论

  针对国内某款车出现后视镜抖动的情况,通过试验找到了抖动的原因。为了快速的找到结构设计的缺陷及改进的方法,通过在Hypermesh中建立有限元模型,并通过RADIOSS进行了多次分析,找到了后视镜抖动的设计缺陷,并从修改零件材料和零件结构的角度进行了修改,修改后的后视镜没有出现抖动的情况,这为解决后视镜抖动提供了一种解决方法。

关键字:汽车  抖动  试验

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/1022/article_4563.html
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