汽車車門敲擊異響分析

俞云云，崔世海，李琦

摘 要：基于某款汽車內飾車身的CATIA三維模型，應用Hypermesh軟件進行建模和前處理，通過LMS.Test.Lab采集橫紋石塊路下的激勵信號，根據尺寸公差信息篩選出需要進行敲擊異響分析的邊界，利用采集的數據對車門進行敲擊異響分析，應用Optistruct求解器計算結果，在Hyperview中進行后處理分析，判斷車門是否會發生敲擊異響，找出車門異響風險點，為后期試驗和優化分析提供參考。

關鍵詞：車門;敲擊異響;有限元法

中圖分類號：U463.7 ?文獻標志碼：B ?文章編號：1671-7988（2019）23-138-03

Analysis and Optimization Research on Rattle of Automobile doors*

Yu Yunyun1，2， Cui Shihai1， Li Qi2

（ 1.College of Mechanical Engineering， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300222;2.China Automotive Technology and Research Center， Tianjin 300399 ）

Abstract： Based on the CATIA three-dimensional model of a trimmed body car， the Hypermesh software is used to model and pre-process， the excitation signal under the transverse stone road is collected by LMS. Test. Lab， the boundary of knock rattle analysis is screened out according to the dimensional tolerance information， the rattle analysis of the door is carried out by using the collected data， and the post-processing analysis is carried out in Hyperview by using the calculation results of Optistruct solver to determine whether the rattle will occur in the door. Find out the risk point of rattle， which provides a reference for the later test and optimization analysis.

Keywords： Door; Rattle; FEM

CLC NO.： U463.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2019）23-138-03

1 序言

異響屬于NVH的重要組成部分，逐漸被汽車企業重視;異響被定義為在外力的作用下，多個相鄰部件或者兩個部件的表面產生了碰撞或摩擦而引起的聲音，包括Buzz（蜂鳴聲）、Squeak（摩擦異響）、Rattle（敲擊異響），簡稱BSR，蜂鳴聲是由單個結構振動引起的的聲音;摩擦異響是指兩部件之間的相互摩擦運動而引起的聲音;敲擊異響是指兩部件之間發生相互碰撞而產生的聲音。文獻[1]提出異響的發展主要受一些條件的限制，如：輕質材料的應用、輕量化設計的要求等;文獻[2]研究了一種自動檢測BSR的方法，并證實這種自動檢測BSR的系統是可以代替主觀檢測的，建立BSR評價指標，用于評估汽車異響設計目標和規格;文獻[3]指出Squeak和Rattle總是由相對位移引起的，即意味著如果沒有相對位移，也就沒有Squeak和Rattle的問題發生;文獻[4]提出一種新的算法對Rattle和Squeak進行分類，新算法結合了聲音質量指標，包括粗糙度、尖銳度和波動強度;文獻[5]闡述了關于異響產生的原因，如：制造問題、裝配問題、材料相容性問題等，提出一些對異響問題的敏感區域，有開閉件、儀表板、座椅等;文獻[6]從試驗角度介紹了異響的分類，并根據自己的多年工作經驗總結了一些儀表板異響易產生的位置及原因;文獻[7]基于試驗方面對常見的汽車內飾件異響問題進行了分類，介紹了異響問題的排查方法及步驟。文獻[8]對汽車BSR測試設備進行了介紹，闡述了國內外設備的差距。

現有的研究大部分為試驗設備的應用，以及通過工作經驗總結的常見異響的發生部位及原因，本文主要應用一套完整的有限元方法來判斷車門內飾件之間是否存在敲擊異響的風險，并基于模態貢獻量對存在風險的位置進行優化。

2 內飾車身有限元建模

內飾車身主要包括白車身、車門、座椅、轉向系統等開閉件及內飾，內飾車身的搭建主要在白車身的基礎上將上述開閉件及其他質量大于0.5Kg的附件導入進行連接裝配組成，不足0.5Kg的部件可以進行配重，也可以將對模態影響不大的部件進行配重，配重通過用RBE3單元連接，在質心處用CONM2單元進行模擬配重，車門需要鉸鏈連接，應用RBE2連接時釋放一個轉動方向的自由度，內飾車身有限元模型如圖1所示，共有5784278個單元，其中三角形單元105109個，占比1.82%，重量為1795Kg。車門的有限元建模首先由幾何模型在Hypermesh中進行幾何清理，幾何清理的結果將直接影響網格劃分的效率和網格的質量，好的幾何清理結果將對劃分網格的質量有極大的幫助，將模型中密集的線條減少，去除不必要的硬點，將車門結構中不必要的零件去除，減少零件數量，簡化幾何結構，像卡扣、螺栓、鉚釘等連接的小零件，形狀比較復雜并且數量多，這些零件質量較小，對模態結果的影響不大，并且不易進行網格劃分，因此為了提高建模的效率，一般情況下將這些小零件刪去，只保留它們的幾何特征，通過采用不同的連接方式來模擬。

圖1 ?內飾車身有限元模型

車門外框鈑金件和車門內飾件通過抽取中面用二維單元來進行網格劃分。車門是一個整體，需將每個零部件裝配在一起，車門系統的連接方式主要有焊接、螺栓螺釘連接、卡扣連接，門內飾板中常用的連接有熔焊、螺釘、自帶的卡扣及其他塑料卡扣等[9]，常用的塑料卡扣有很多種不同的類型，像V型卡扣、圓形卡扣等。焊接是車門鈑金件之間的連接方式，在Hypermesh中常采用spot來進行模擬;螺栓和螺釘連接都是剛性連接，在Hypermesh中采用剛性連接RBE2來模擬;門內飾板中的熔焊及自帶卡扣均用剛性連接RBE2模擬，而塑料卡扣則采用RBE3和CBUSH單元結合的方式模擬，卡扣的剛度值通過試驗測得。

3 激勵信號采集

測試儀器有LMS試驗分析系統軟件LMS Test Lab、LMS SCADAS Mobile 32 通道數據采集系統及三向加速度傳感器，試驗所采集的加速度信號要轉化為仿真需要輸入的位移信號，通過LMS Test Lab軟件將生成的信號文件轉化為rsp格式導出，再通過Ncode軟件將激勵信號由加速度信號經過單位轉換、濾波、積分、再濾波積分得到仿真輸入的位移信號，如圖2所示。本文所采集的激勵信號的橫紋石塊路的路譜激勵，采集點為車身四個減震器位置。將得到的位移信號分別處理成csv格式的表格，將三個激勵點位置的XYZ方向的激勵信號分別存為csv格式的表格。

圖2 ?信號轉換

4 車門敲擊異響分析

異響主要包括Buzz（蜂鳴聲）、Rattle（敲擊異響）、Squeak（摩擦異響），而Buzz主要是由單個部件振動引起的異響，本文主要研究敲擊異響，在外力的作用下，兩個物體之間相互碰撞，彼此有不斷的接觸然后分開，即產生了敲擊聲。對于車身來說，敲擊異響的主要激勵源是路面激勵，相鄰部件之間的間隙太小、結構松動及部件的剛度不足都會引起車身異響。車身部件碰撞的大多數激勵是介于脈沖與正弦激勵之間，屬于寬頻帶的激勵譜，寬頻帶的激勵作用在車身結構上，產生的敲擊聲音的頻率也是寬頻帶的。敲擊聲的頻帶取決于結構振動特征、激勵力及聲輻射效率，車身上的敲擊異響主要頻率范圍在20-2000Hz之間。

根據上述的敲擊異響的產生機理，敲擊異響的產生都與相鄰兩運動部件之間的相對位移有關。所以將相對位移作為主要的評價參數來進行異響仿真分析。且相對位移值只有在時域內獲取才有意義，因此使用瞬態響應分析方法來計算車門有限元模型的相對位移[10]。敲擊異響分析的是間隙不為零且材料都為硬質材料的兩個部件之間的相對位移，Rattle計算結果的評價方法為：計算時域下的相對位移峰值排序的前30%的最大峰值的平均值，得出每條E-Line上的最大的相對位移值，與DTS中間隙公差差值作比較，得出是否有發生敲擊異響的風險。通過對DTS和材料的篩選，篩選出間隙不為零的邊界，篩選出車門有可能發生摩擦異響的邊界如圖3所示，其中A11的邊界是前門除霜風口與前門三角蓋板，A46的邊界前門下飾板與前門低音揚聲器護罩，A77的邊界是后門下飾板與后門內扶手蓋板，A83的邊界是后門下飾板與后門低音揚聲器護罩。

圖3 ?車門邊界示意圖

本文主要應用Hypermesh軟件中的SNRD模塊，采用的求解器為Optistruct求解器，Optistruct求解器是Hyperworks軟件帶有的求解器，計算速度較快。后處理在Hyperview中進行，Hyperview的后處理功能十分強大。敲擊異響的評價方法為計算時域下相對位移結果峰值排序的前30%最大峰值的均值，得出每條E-Line上的最大的相對位移值Max_P2P，與DTS中間隙公差差值作比較，判斷是否存在風險。分析結果如表1所示。由表中數據可以看出A11前門除霜風口與前門三角蓋板在橫紋石塊路激勵下產生的相對位移值位于尺寸公差值的范圍之間，有發生敲擊異響的風險，而其余位置的相對位移值均小于尺寸公差值的最小值，均無敲擊異響發生的風險。

表1 ?分析結果

5 結論

本文針對某款汽車基于內飾車身的車門進行敲擊異響分析，并將分析結果與尺寸公差信息相比較，判斷車門是否會發生敲擊異響以及找出會發生敲擊異響的位置，并找出車門異響風險點，為后期試驗和優化分析提供參考具有重要意義。

參考文獻

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