基于CAE技術(shù)的某后座椅中間安全帶NVH性能設(shè)計(jì)研究

摘要：以CAE技術(shù)驅(qū)動(dòng)的汽車產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為當(dāng)前世界汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵核心技術(shù)手段。以某車型出現(xiàn)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(shù)驅(qū)動(dòng)的性能設(shè)計(jì)的重要性。基于大型通用前、后處理軟件HYPERWORKS以及其計(jì)算求解器，完成了其噪聲源的分析及優(yōu)化改進(jìn)方案的提出及分析工作。并通過部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了CAE優(yōu)化、改進(jìn)方案的效果。

關(guān)鍵詞：后座椅；安全帶；性能設(shè)計(jì)；CAE的驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：U463.83 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(shù)的廣泛應(yīng)用，給國內(nèi)、外（合資）汽車企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并已將“基于物理樣機(jī)試驗(yàn)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法”帶入并轉(zhuǎn)換為基于“虛擬樣機(jī)仿真的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”。基于CAE技術(shù)驅(qū)動(dòng)的性能設(shè)計(jì)可以獲得比試驗(yàn)更多的性能數(shù)據(jù)，能夠快速、正確地定位性能弱區(qū)，并給出經(jīng)過計(jì)算分析的解決方案，因而可以大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、開發(fā)成本，提高企業(yè)產(chǎn)品在國際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。在中國汽車工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)中，各種自主品牌轎車日漸成為國內(nèi)汽車廠家的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，數(shù)字化轎車設(shè)計(jì)已成為其必經(jīng)之路。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法表明，產(chǎn)品設(shè)計(jì)雖然只占整個(gè)產(chǎn)品成本的5%，但它卻影響整個(gè)產(chǎn)品成本的70%，CAE仿真技術(shù)可以很好地解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的問題，并大幅減少各類設(shè)計(jì)更改、人力資源、模具修改等，縮短產(chǎn)品上市周期，其優(yōu)勢(shì)日顯突出。

本文基于CAE分析技術(shù)對(duì)某車型后座椅安全帶在整車產(chǎn)品試驗(yàn)中出現(xiàn)的拉拽噪聲的性能質(zhì)量問題，展開設(shè)計(jì)性能計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)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(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了大量的試裝、對(duì)比工作（如在安全帶卷收器固定板下增加橡膠墊、更換側(cè)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(gè)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(xiàn)場(chǎng)問題的了解和感受，并對(duì)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了解、分析。實(shí)驗(yàn)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(shí)情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算對(duì)比分析，從而找出產(chǎn)生噪聲的根源，并由此對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行計(jì)算分析，最終根據(jù)仿真結(jié)果提出的優(yōu)化改進(jìn)方案進(jìn)行相關(guān)實(shí)車物理驗(yàn)證。

遵循上面的科學(xué)程序，針對(duì)該噪聲性能問題，首先展開了噪聲頻率響應(yīng)、噪聲回放分析的實(shí)驗(yàn)分析，確定了影響噪聲性能的噪聲頻率范圍。根據(jù)初步的結(jié)構(gòu)分析，同時(shí)展開后座椅左右及中間安全帶安裝固定點(diǎn)處的NVH動(dòng)態(tài)剛度和整車局部模態(tài)計(jì)算、分析，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)了原設(shè)計(jì)方案的缺陷及產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的根源。根據(jù)該車型行李箱后隔板處的結(jié)構(gòu)特性，依據(jù)CAE計(jì)算分析獲得的詳細(xì)信息和積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，通過改變?cè)虚g安全帶固定點(diǎn)的位置和固定方式來優(yōu)化、改進(jìn)其NVH性能；并對(duì)此更改方案進(jìn)行計(jì)算、分析。其計(jì)算結(jié)果顯示，該優(yōu)化方案滿足動(dòng)態(tài)剛度、振動(dòng)傳遞函數(shù)性能的要求，具有結(jié)構(gòu)變化、模具修改量小、實(shí)施周期短的優(yōu)點(diǎn)。

2 安全帶固定區(qū)域的動(dòng)態(tài)特性的計(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)后座椅中間安全帶拉拽噪聲的研究、分析，初步認(rèn)為噪聲產(chǎn)生的區(qū)域不在卷收器固定板局部區(qū)域。為了快速驗(yàn)證分析結(jié)論，在準(zhǔn)備計(jì)算分析模型的同時(shí)，對(duì)該區(qū)域采用了排出法的實(shí)驗(yàn)分析手段，即在卷收器固定板局部區(qū)域粘貼阻尼片、進(jìn)行拉拽噪聲頻率響應(yīng)、噪聲回放分析的實(shí)驗(yàn)分析。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是沒有產(chǎn)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(jù)該車型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，CAE工程師開展了模態(tài)計(jì)算分析、安全帶卷收器固定點(diǎn)動(dòng)態(tài)剛度及局部模態(tài)共振點(diǎn)處的振動(dòng)傳遞函數(shù)的計(jì)算分析。

圖2顯示了在行李箱后隔板的局部模態(tài)計(jì)算分析結(jié)果，其局部模態(tài)共振點(diǎn)不在中間卷收器固定點(diǎn)的安裝連接零件區(qū)域上。因此初步分析認(rèn)為，加強(qiáng)該固定安裝連接零件不會(huì)產(chǎn)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(diǎn)動(dòng)態(tài)剛度、局部模態(tài)、共振點(diǎn)處的振動(dòng)傳遞函數(shù)的計(jì)算分析對(duì)比結(jié)果。從對(duì)比曲線可以看到，中間卷收器固定點(diǎn)動(dòng)態(tài)剛度、局部模態(tài)、共振點(diǎn)處的振動(dòng)傳遞函數(shù)的性能數(shù)據(jù)明顯低于沒有拉拽噪聲的左右兩側(cè)卷收器固定點(diǎn)的性能，并且在拉拽噪聲的頻率范圍內(nèi)降級(jí)非常明顯。

3 原方案后座椅中間安全帶固定區(qū)域剛度增加對(duì)振動(dòng)傳遞性能的影響

為了驗(yàn)證加強(qiáng)中間安全帶卷收器固定安裝連接零件不會(huì)改善拉拽噪聲問題的分析結(jié)論，分別進(jìn)行了加強(qiáng)前、后其動(dòng)態(tài)剛度、局部模態(tài)共振點(diǎn)處的振動(dòng)傳遞函數(shù)的計(jì)算對(duì)比分析。從圖4對(duì)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(qiáng)并沒有產(chǎn)生性能的明顯改善，該結(jié)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(shí)驗(yàn)測(cè)試得到了驗(yàn)證。

4 改變后座椅中間安全帶固定位置及安裝方式對(duì)動(dòng)態(tài)剛度和振動(dòng)傳遞性能的影響

據(jù)上面的計(jì)算、分析，原設(shè)計(jì)方案沒有考慮到安全帶拉拽過程中會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的交變激勵(lì)，從而導(dǎo)致局部的共振噪聲。為了消除這個(gè)共振噪聲，需要從提高安裝固定點(diǎn)本身的動(dòng)態(tài)剛度和降低共振區(qū)的振動(dòng)傳遞函數(shù)這兩個(gè)性能設(shè)計(jì)因素出發(fā)。

首先我們通過對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)特征的分析，參考左右兩側(cè)沒有拉拽噪聲問題的安全帶固定點(diǎn)的動(dòng)態(tài)剛度性能情況，將中間安全帶卷收器固定點(diǎn)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(dòng)衰減匹配來大幅降低共振區(qū)的振動(dòng)傳遞函數(shù)。這樣的性能設(shè)計(jì)方案變化，對(duì)原行李箱后隔板子系統(tǒng)并沒有產(chǎn)生大的結(jié)構(gòu)特征變化，因此其模具修改量小、實(shí)施費(fèi)用低、計(jì)算分析工作量小。

根據(jù)上述的NVH性能設(shè)計(jì)方案，對(duì)此開展了動(dòng)態(tài)剛度、共振區(qū)的振動(dòng)傳遞函數(shù)的計(jì)算分析，并與原設(shè)計(jì)方案的對(duì)應(yīng)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析（見圖６）。從圖6中的對(duì)比性能曲線可以看到，新方案的動(dòng)態(tài)剛度性能和振動(dòng)傳遞性能在拉拽噪聲頻率范圍內(nèi)大大好于原設(shè)計(jì)方案，并與左右兩側(cè)沒有拉拽噪聲問題的安全帶固定點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性能相當(dāng)，因此該方案解決了后座椅中間安全帶拽噪聲問題。

5 結(jié)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(gè)過程可以得出以下結(jié)論：

1）通過計(jì)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(diǎn)處的動(dòng)態(tài)剛度能夠降低振動(dòng)的傳遞響應(yīng)。

2）在提高固定點(diǎn)動(dòng)態(tài)剛度的同時(shí)，降低了共振區(qū)的振動(dòng)傳遞函數(shù)從而消除了中間安全帶拉拽的共振噪聲。

參考文獻(xiàn)：

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