某車型側碰傳感器安裝位置分析與優化

2017-05-22 02:24:30汪小朋岳濤李強汪東斌

汽車實用技術 2017年17期

汪小朋，岳濤，李強，汪東斌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽合肥 230601）

引言

隨著汽車保有量迅速增長，車輛的安全性能越來越受到人們的關注。安全氣囊是現代汽車被動安全系統里的重要部件。如果碰撞傳感器安裝點選擇不當，就會影響氣囊起爆時間而影響氣囊對乘員的保護效果，有可能在汽車正常行駛時由于顛簸振動引爆氣囊。傳感器安裝位置的動態剛度對于傳感器在碰撞過程中感受信號有極大的影響。當安裝位置的動剛度較低時，碰撞過程中局部會發生嚴重振動，如果振動的頻率在傳感器感應的頻率范圍內，則將無法區分振動信號和實際的碰撞信號，這就可能影響氣囊的點火判斷，嚴重時會發生在正常行駛時，由于共振而引起氣囊的誤點火。因此，為防止誤爆引發糾紛事件，對傳感器安裝部位的動態特性提出了更高的要求[1]。

江淮某款車型采用的是大陸側碰傳感器，安裝在車身B柱、縱梁等部位，要求安裝部位在汽車非碰撞情況下，0～500Hz范圍內的激勵不能產生共振，即頻響曲線不能有峰值。本文利用MSC Nastran有限元分析軟件，進行頻響分析與試驗，找到峰值原因，通過改變側碰傳感器安裝的位置，得到符合設計要求的安裝點，通過試驗驗證，消除了氣囊誤爆的風險。

1 頻響分析基本理論

結構在動力載荷作用下，產生的響應有位移、速度或加速度三個運動量。因而，機械阻抗（導納）有六種表示形式，即位移阻抗（導納），速度阻抗（導納），加速度阻抗（導納），而同一系統這六種函數又是相互聯系的。

在車身結構激勵點動剛度設計中經常涉及兩種函數即位移阻抗函數和加速度導納函數。位移阻抗即為動剛度（Dynamic stiffness），其物理含義是指引起單位位移量所需要的動態力，用于衡量結構抵抗預定動態激擾能力的特性。另外一個常常用到的概念是加速度導納函數（IPI（Input Point Inertance）），其物理意義是單位激振力所產生的加速度量。兩者之間的關系存在著積分倒數的關系，動剛度越大，相應的加速度導納越小，兩者是同一事物不同的表達。

動剛度分析屬于頻率響應分析，它是用來計算結構在穩態振動激勵下響應的方法，在頻率響應分析中，激勵載荷在頻域中顯式定義，對于每一個加載頻率外載都是已知的。在頻率響應分析中，有兩種不同的數值方法供選擇，直接法和模態法。通常，大模型采用模態頻率響應法計算更為高效。

研究振動系統通常取其強迫振動時頻率響應函數的幅值，即系統的幅頻特性進行研究和評價。單自由度系統在簡諧激振作用下的運動微分方程寫成指數形式為：

其中，m為質量，c為阻尼系數，k為剛度，F為激振力幅值，ω為強迫振動圓頻率。假設，帶入運動微分方程可得其強迫振動解：

可以看出，強迫振動位移與激振力幅值成正比，令比例因子：

2 建模分析及準確性驗證

2.1 評價標準

對側碰傳感器及其安裝點的性能要求，采用大陸公司的標準。該標準給出了安裝點動態響應加速度導納峰值曲線。對頻率0～500Hz范圍內的激勵不能產生共振，即加速度導納峰值不超過標準線，如圖1所示。

圖1 加速度導納曲線評價標準

2.2 分析模型及邊界條件

對白車身焊點采用ACM單元模擬，螺栓和二保焊均用剛性單元RBE2模擬，正確的給單元賦予材料屬性，包括彈性模量、泊松比、密度。在傳感器安裝部位，對網格進行細化處理，以保證計算的精度，利用整車模型進行中、高頻(100～500Hz)動剛度分析需要花費大量資源和求解時間，因此本文截斷的為白車身部分模型，截取部位采用約束[3]，如圖2所示。