基于CAE技術的某后座椅中間安全帶NVH性能設計研究

摘要：以CAE技術驅動的汽車產品性能設計，已經成為當前世界汽車設計的關鍵核心技術手段。以某車型出現的后座椅中間安全帶拉拽噪聲的性能問題以及其分析、解決過程，描述基于CAE技術驅動的性能設計的重要性。基于大型通用前、后處理軟件HYPERWORKS以及其計算求解器，完成了其噪聲源的分析及優化改進方案的提出及分析工作。并通過部分實驗數據驗證了CAE優化、改進方案的效果。

關鍵詞：后座椅；安全帶；性能設計；CAE的驅動

中圖分類號：U463.83 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）06-0049-03

Based on a Rear Seat Intermediate Belt

Design and Research on NVH Performance CAE Technology

XIA Tang-zhong，WANG Ping-ping，LIU Wen-hua，LIU Pan，LU Zhi-chen，YUAN Zhi

（Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company LTD，Technology Center Vehicle Department，Wuhan 430056，China）

Abstract：Using CAE technology to drive the design of product performance，it has become the world vehicle design of the key technical means. This paper takes a vehicle seat safety belt after the middle of the pull noise performance problems and analyzes and solves process to describe the CAE technology based on the driving performance of the importance of design.Based on the large scale general pre and post processing software HYPERWORKS and its computing solver and completed its noise source analysis and improvement scheme and analysis of work ； and by part of the experimental data to verify the CAE optimization and improvement project.

Key words：rear seat；safety belt；design of performance；CAE driver

1 概述

隨著中國逐步成為世界汽車大國，CAE技術的廣泛應用，給國內、外（合資）汽車企業的產品研發帶來巨大的經濟效益和市場競爭力，并已將“基于物理樣機試驗的傳統設計方法”帶入并轉換為基于“虛擬樣機仿真的現代設計方法”。基于CAE技術驅動的性能設計可以獲得比試驗更多的性能數據，能夠快速、正確地定位性能弱區，并給出經過計算分析的解決方案，因而可以大幅縮短產品開發周期、開發成本，提高企業產品在國際市場中的競爭力。在中國汽車工業發展趨勢中，各種自主品牌轎車日漸成為國內汽車廠家的發展戰略目標，數字化轎車設計已成為其必經之路。現代設計方法表明，產品設計雖然只占整個產品成本的5%，但它卻影響整個產品成本的70%，CAE仿真技術可以很好地解決產品設計中的問題，并大幅減少各類設計更改、人力資源、模具修改等，縮短產品上市周期，其優勢日顯突出。

本文基于CAE分析技術對某車型后座椅安全帶在整車產品試驗中出現的拉拽噪聲的性能質量問題，展開設計性能計算分析和實驗分析工作。為了探尋改善后座椅安全帶拉拽噪聲的解決方案，產品設計人員進行了大量的試裝、對比工作（如在安全帶卷收器固定板下增加橡膠墊、更換側面沒有噪聲的安全帶卷收器、增加隔音罩等措施），但是均沒有收到效果，這個問題最終提交到CAE NVH工程師的面前。

作為CAE NVH性能工程師，第一步需要開展現場問題的了解和感受，并對結構特征進行了解、分析。實驗中采集的噪聲值及頻率分布如圖1所示，在掌握了第一手真實情況的基礎上，根據積累的知識、經驗開展相關的實驗和計算對比分析，從而找出產生噪聲的根源，并由此對改進方案進行計算分析，最終根據仿真結果提出的優化改進方案進行相關實車物理驗證。

遵循上面的科學程序，針對該噪聲性能問題，首先展開了噪聲頻率響應、噪聲回放分析的實驗分析，確定了影響噪聲性能的噪聲頻率范圍。根據初步的結構分析，同時展開后座椅左右及中間安全帶安裝固定點處的NVH動態剛度和整車局部模態計算、分析，結合試驗數據和仿真數據的對比分析，發現了原設計方案的缺陷及產生振動噪聲的根源。根據該車型行李箱后隔板處的結構特性，依據CAE計算分析獲得的詳細信息和積累的知識、經驗，通過改變原中間安全帶固定點的位置和固定方式來優化、改進其NVH性能；并對此更改方案進行計算、分析。其計算結果顯示，該優化方案滿足動態剛度、振動傳遞函數性能的要求，具有結構變化、模具修改量小、實施周期短的優點。

2 安全帶固定區域的動態特性的計算分析

根據現場對后座椅中間安全帶拉拽噪聲的研究、分析，初步認為噪聲產生的區域不在卷收器固定板局部區域。為了快速驗證分析結論，在準備計算分析模型的同時，對該區域采用了排出法的實驗分析手段，即在卷收器固定板局部區域粘貼阻尼片、進行拉拽噪聲頻率響應、噪聲回放分析的實驗分析。其實驗結果是沒有產生任何改善效果，但是確定了拉拽噪聲的噪聲頻率范圍（見圖1）。因此根據該車型結構特點，CAE工程師開展了模態計算分析、安全帶卷收器固定點動態剛度及局部模態共振點處的振動傳遞函數的計算分析。

圖2顯示了在行李箱后隔板的局部模態計算分析結果，其局部模態共振點不在中間卷收器固定點的安裝連接零件區域上。因此初步分析認為，加強該固定安裝連接零件不會產生拉拽噪聲問題的改善。

圖3中的曲線分別顯示了安全帶卷收器固定點動態剛度、局部模態、共振點處的振動傳遞函數的計算分析對比結果。從對比曲線可以看到，中間卷收器固定點動態剛度、局部模態、共振點處的振動傳遞函數的性能數據明顯低于沒有拉拽噪聲的左右兩側卷收器固定點的性能，并且在拉拽噪聲的頻率范圍內降級非常明顯。

3 原方案后座椅中間安全帶固定區域剛度增加對振動傳遞性能的影響

為了驗證加強中間安全帶卷收器固定安裝連接零件不會改善拉拽噪聲問題的分析結論，分別進行了加強前、后其動態剛度、局部模態共振點處的振動傳遞函數的計算對比分析。從圖4對比分析曲線可以看到，中間卷收器固定安裝連接零件剛度的加強并沒有產生性能的明顯改善，該結論也通過在中間卷收器固定安裝連接零件下表面粘貼阻尼片的實驗測試得到了驗證。

4 改變后座椅中間安全帶固定位置及安裝方式對動態剛度和振動傳遞性能的影響

據上面的計算、分析，原設計方案沒有考慮到安全帶拉拽過程中會產生動態的交變激勵，從而導致局部的共振噪聲。為了消除這個共振噪聲，需要從提高安裝固定點本身的動態剛度和降低共振區的振動傳遞函數這兩個性能設計因素出發。

首先我們通過對現有結構特征的分析，參考左右兩側沒有拉拽噪聲問題的安全帶固定點的動態剛度性能情況，將中間安全帶卷收器固定點定位到行李箱后隔板上靠近其前下橫梁處（見圖５），另外再通過中間安全帶卷收器固定連接板的振動衰減匹配來大幅降低共振區的振動傳遞函數。這樣的性能設計方案變化，對原行李箱后隔板子系統并沒有產生大的結構特征變化，因此其模具修改量小、實施費用低、計算分析工作量小。

根據上述的NVH性能設計方案，對此開展了動態剛度、共振區的振動傳遞函數的計算分析，并與原設計方案的對應性能數據進行了對比分析（見圖６）。從圖6中的對比性能曲線可以看到，新方案的動態剛度性能和振動傳遞性能在拉拽噪聲頻率范圍內大大好于原設計方案，并與左右兩側沒有拉拽噪聲問題的安全帶固定點的動態性能相當，因此該方案解決了后座椅中間安全帶拽噪聲問題。

5 結論

從以上分析、解決某車型后座椅中間安全帶拉拽噪聲性能問題的整個過程可以得出以下結論：

1）通過計算、分析改變后座椅中間安全帶卷收器的安裝固定方式來提高固定點處的動態剛度能夠降低振動的傳遞響應。

2）在提高固定點動態剛度的同時，降低了共振區的振動傳遞函數從而消除了中間安全帶拉拽的共振噪聲。

參考文獻：

［1］ 夏湯忠，王萍萍，劉文華，劉盼，袁智.408白車身動態剛度計算方法與性能優化［J］.神龍汽車，2011，2.

［2］ 王學軍，張覺慧，陳曉宇.轎車車身的動剛度優化［J］.上海汽車，2003，1.