某乘用車前排安全帶卷收器關(guān)門振響問題的研究

馬帥帥，李廣，聶素祥，閆躍奇

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009)

某乘用車前排安全帶卷收器關(guān)門振響問題的研究

馬帥帥，李廣，聶素祥，閆躍奇

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009)

某SUV車型在整車試制下線交車檢驗過程中,發(fā)現(xiàn)前門關(guān)閉瞬間前排安全帶卷收器出現(xiàn)振響。針對此問題，提出一個車身開發(fā)過程中零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化的流程，采用HyperMesh軟件建立車身及卷收器模型，進行前排安全帶卷收器安裝點區(qū)域模態(tài)分析，結(jié)果顯示此安裝點區(qū)域模態(tài)較低。從增加材料料厚和加強結(jié)構(gòu)兩個方面進行整改。整改方案的HyperMesh分析結(jié)果表明：加強結(jié)構(gòu)后，此處安裝點區(qū)域模態(tài)值顯著提高，前門關(guān)閉瞬間前排安全帶卷收器振響問題明顯改善。

安全帶卷收器；振響；模態(tài)分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

0 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展、消費水平的不斷提升，客戶對汽車感官質(zhì)量要求也在不斷提高，其中汽車NVH性能越來越受到客戶的重點關(guān)注。現(xiàn)代轎車為適應(yīng)輕量化的要求普遍采用承載式車身，它必須能為乘客提供足夠的安全保障和舒適的乘坐空間，因而要求它具有足夠的剛度、強度以保證裝配和使用的要求以及合理的動態(tài)特性，達到控制振動與噪聲的目的[1]。同時汽車車身作為所有安裝件的載體，整車開發(fā)過程中需確認各個安裝點區(qū)域模態(tài)是否滿足要求，因此針對各個安裝點區(qū)域模態(tài)進行CAE仿真分析尤為必要。

1 問題提出

某公司SUV車型在整車試制下線交車檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)左、右前門關(guān)閉瞬間，左、右前排安全帶卷收器發(fā)生振響現(xiàn)象(見圖1)。此振響問題影響客戶整車舒適性評價。

圖1 前排卷收器振響區(qū)域

2 分析計算

2.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)

黏性阻尼單自由度(Single Degree of Freedom,SDOF)系統(tǒng)的力平衡方程式表示慣性力、阻尼力、彈性力與外力之間的平衡[2]：

(1)

2.2 分析優(yōu)化流程

回顧汽車技術(shù)的發(fā)展，從汽車誕生開始，隨著技術(shù)的進步，汽車研發(fā)經(jīng)歷了由道路實驗驗證、實驗室實驗驗證，到今天主要以CAE作為研發(fā)工具、以實驗為輔的發(fā)展道路[3]。在實際項目開發(fā)應(yīng)用中，通過CAE模擬分析驗證，可以快速查找問題原因，快速驗證整改方案,從而減少實車驗證次數(shù)，節(jié)約驗證資源，縮短整車研發(fā)周期。車身開發(fā)過程中零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化的流程見圖2，利用HyperMesh軟件對數(shù)據(jù)拓撲優(yōu)化，確定合理車身結(jié)構(gòu)設(shè)計[4]。

圖2 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化流程圖

2.3 HyperMesh軟件分析

根據(jù)HyperMesh軟件建立前排安全帶卷收器安裝點區(qū)域模型網(wǎng)格(見圖3)，以安裝點模態(tài)分析理論為依據(jù)進行分析，前排安全帶卷收器安裝點區(qū)域模型見圖4，原模型分析結(jié)果見表1，模態(tài)值為31.06 Hz。

圖3 模型圖

圖4 前排卷收器安裝點區(qū)域模型

卷收器質(zhì)量/kg0.825B柱內(nèi)板料厚/mm0.8卷收器安裝板料厚/mm1.5一階模態(tài)頻率/Hz31.06

同時安全帶卷收器供應(yīng)商對此款卷收器進行模態(tài)測試，結(jié)果顯示此款卷收器共振頻率為30～34 Hz。故此區(qū)域在關(guān)門瞬間存在共振，導(dǎo)致卷收器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互碰撞產(chǎn)生異響。

2.4 優(yōu)化模型及模態(tài)分析

根據(jù)原模型分析結(jié)果及卷收器模態(tài)測試可知需提高此處安裝點模態(tài)，避開卷收器共振頻率。具體整改方案分別從兩個方面著手：

(1)增加材料料厚。具體增加材料料厚方案見圖5，將卷收器安裝板料厚從原方案1.5 mm分別增加到1.6 mm(方案一)、1.8 mm(方案二)、2.0 mm(方案三)、2.2 mm(方案四)、2.5 mm(方案五)。

(2)結(jié)構(gòu)加強。結(jié)構(gòu)加強方案(見圖6)分別為卷收器安裝板左側(cè)增加翻邊焊接結(jié)構(gòu)(方案六)、卷收器安裝板右側(cè)增加翻邊焊接結(jié)構(gòu)(方案七)、卷收器安裝板兩側(cè)同時增加翻邊焊接結(jié)構(gòu)(方案八)、B柱內(nèi)板缺口補齊加強結(jié)構(gòu)(方案九)。

增加材料料厚方案的HyperMesh軟件分析結(jié)果見表2：隨著卷收器安裝板料厚從1.6 mm增加到2.5 mm，卷收器安裝點模態(tài)也隨之增加。

結(jié)構(gòu)加強方案的HyperMesh軟件分析結(jié)果見表3：卷收器安裝板單側(cè)增加翻邊結(jié)構(gòu)均可提高卷收器安裝點模態(tài)；卷收器安裝板兩側(cè)同時增加翻邊結(jié)構(gòu)可顯著提高卷收器安裝點模態(tài)；B柱內(nèi)板缺口補齊加強結(jié)構(gòu)也可顯著提高卷收器安裝點模態(tài)。

圖5 增加料厚方案

圖6 結(jié)構(gòu)加強方案

增加料厚方案方案一方案二方案三方案四方案五卷收器安裝板料厚/mm1.61.82.02.22.5一階模態(tài)頻率/Hz31.6132.5633.3233.9434.64

表3 結(jié)構(gòu)加強方案分析結(jié)果(卷收器質(zhì)量0.825 kg，B柱內(nèi)板料厚0.8 mm，卷收器安裝板料厚1.5 mm)

3 整改方案輸出

根據(jù)HyperMesh軟件對優(yōu)化方案分析結(jié)果可知：增加料厚及加強結(jié)構(gòu)均可提升此處模態(tài)，但其中能夠有效避開卷收器共振頻率的為結(jié)構(gòu)加強方案中方案八及方案九。

圖7 整改方案零件

結(jié)合工藝實施以及成本綜合考慮，選擇方案九為最終整改方案。整改方案3D數(shù)據(jù)(見圖7)輸出給供應(yīng)商進行模具更改，供應(yīng)商提供滿足沖壓質(zhì)量要求的零件試裝驗證(見圖8)。

圖8 整改方案實車驗證

4 實車驗證

實車模態(tài)測試結(jié)果顯示：前排卷收器安裝點區(qū)域模態(tài)值為36.3 Hz(見圖9)，與CAE模擬分析結(jié)果(36.2 Hz)接近。在整車試制下線交車檢測中，左、右前門關(guān)閉瞬間，左、右前排卷收器無振動噪聲發(fā)出，滿足客戶整車舒適性評價。

圖9 實車模態(tài)測試結(jié)果

5 結(jié)束語

使用HyperMesh分析軟件，找出了導(dǎo)致左、右前排安全帶卷收器關(guān)門振響的主要原因；并通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)、CAE快速分析驗證，找到了提高左、右前排安全帶卷收器安裝點區(qū)域模態(tài)的有效方案。結(jié)合工藝實施以及成本綜合考慮，最終輸出整改方案。通過實車檢測左、右前排安全帶卷收器安裝點區(qū)域模態(tài)與CAE分析結(jié)果接近，也證明了CAE分析的準(zhǔn)確性。實車關(guān)門驗證時左、右前排安全帶卷收器未發(fā)生振響，振響問題得到根本解決。

CAE模擬分析不僅可以快速找出問題原因，而且在車身多方案對比分析過程中，可以快速準(zhǔn)確地對各方案性能進行分析評估，達到了降低整車開發(fā)成本、提高整車開發(fā)效率、縮短整車開發(fā)周期的目的。

【1】張平，雷雨成，高翔，等.轎車車身模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].汽車技術(shù)，2006，(4)：5-9. ZHANG P,LEI Y C,GAO X,et al.The Modal Analysis and Optimum Structure Design of Passenger Car Body[J].Automobile Technology，2006(4)：5-9.

【2】沃德·海倫，斯蒂芬·拉門茲，波爾·薩斯.模態(tài)分析理論與實驗[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.

【3】郭九大.CAE技術(shù)的應(yīng)用熱點[J].汽車制造業(yè)，2008(19):90-93.

【4】閆躍奇，陳云，王力彬，等.乘用車C柱內(nèi)板開裂分析以及改進措施[J].汽車零部件，2016(1):20-22. YAN Y Q，CHEN Y，WANG L B，et al.Analysis and Improvement Measures for C Pillar Crack of Passenger Car Body[J].Automobile Parts，2016(1):20-22.

Research on the Vibration Problem of Front Seat Belt Retractor in a Passenger Car When Closing the Front Door

MA Shuaishuai，LI Guang，NIE Suxiang，YAN Yueqi

(Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu Anhui 241009,China)

The seat belt retractor vibration problem was occurred when closing the front door in the process of trail produce pre-delivery inspection of a SUV. For this problem, a process how to optimize the structure during body development was proposed, a model including body and retractor was established to make modal analysis with HyperMesh software. The results show that the modal is relatively low at the position. From the aspects of increasing plate thickness and strengthening structure,the retractor was optimized. The HyperMesh analysis results of the optimized schemes show that after the structure is strengthened, the modal has been enhanced remarkably, and the vibration problem of seat belt retractor has been improved greatly when closing the front door.

Belt retractor； Vibration； Modal analysis； Structure optimization

2017-01-05

馬帥帥(1988—)，男，學(xué)士，工程師，研究方向為汽車車身設(shè)計。E-mail：mashuaishuai178828@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.004

U463.82

A

1674-1986(2017)04-016-04