汽車后視鏡抖動的試驗(yàn)和仿真分析

2017-02-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 概述

車外后視鏡是汽車主動安全的重要裝置之一,是駕駛員獲取汽車兩側(cè)和后方等外部環(huán)境信息的工具,也是保證汽車行駛安全的重要工具。在汽車行駛過程中,路面激勵、發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的振動都會引起車身振動,可能造成后視鏡不同程度的抖動。嚴(yán)重的抖動會造成后方視野不清,導(dǎo)致駕駛員因判斷失誤進(jìn)而引發(fā)交通事故。根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì),我國因后視鏡設(shè)計(jì)制造缺陷造成的交通事故占交通事故總數(shù)的30%,而美國所占比例為20%,尤其在高速公路上,此比例高達(dá)70%。因此,后視鏡除了滿足有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求,合理選擇曲率半徑、鏡面大小外、安裝位置外,必須注意后視鏡的動態(tài)特性。

2 問題的提出

在國內(nèi)某一款乘用車的道路實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn):后視鏡不僅在怠速工況下發(fā)生嚴(yán)重抖動,并且在高速行駛和粗糙路面上行駛也有明顯的抖動。使駕駛員觀察視野模糊,不僅易造成駕駛員視力疲勞,而且無法及時準(zhǔn)確的判斷兩側(cè)和后方的情況,存在較大的安全隱患。本文針對此問題進(jìn)行了分析和改進(jìn)。

3 實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析

為了獲取后視鏡的真實(shí)工作狀況,在整車上進(jìn)行試驗(yàn),測試后視鏡的動態(tài)特性時采用錘擊激勵。實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集前端采用LMS公司的SCADIII,力錘采用PCB公司的HEV200,傳感器采用PCB公司的三向加速度傳感器,數(shù)據(jù)分析處理軟件采用Test.LAB 9等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

傳感器的布置位置見圖1,

汽車后視鏡抖動的試驗(yàn)和仿真分析ansys分析案例圖片1

圖1 后視鏡傳感器布置位置

數(shù)據(jù)采集截止頻率為512Hz,頻率分辨率為0.5Hz,通過分析可得到如下結(jié)果:

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圖2 后視鏡模態(tài)計(jì)算結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果看出,后視鏡的模態(tài)頻率偏低,很容易被發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)以及路面所激勵,是導(dǎo)致后視鏡抖動的重要原因。

4 后視鏡數(shù)值模擬分析

針對本款車出現(xiàn)的后視鏡抖動的問題,如果單純采用試驗(yàn)方法尋求問題的成因會困難、而且耗時。為了快速找出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷并提出修改建議,本文采用仿真模擬方法,對后視鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析,檢查找出結(jié)構(gòu)中存在的問題,提出涉及更改建議。

4.1 有限元模型的建立

為了使后視鏡模態(tài)分析在接近于實(shí)際情況的條件下進(jìn)行,采用后視鏡安裝在前門的狀態(tài)下進(jìn)行分析,后視鏡及前門的有限元模型是在HyperMesh中完成的,在有限元模型中,采用四面體單元TETRA4,鈑金件的單元劃分以四邊形單元CQUAD4為主,過渡單元用三角形單元CTRIA3,并控制在3%內(nèi),鉸鏈軸采用RBE2單元進(jìn)行模擬,焊點(diǎn)采用CWELD單元進(jìn)行模擬、膠采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。有限元模型如圖3所示:

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圖3 后視鏡及側(cè)門的有限元模型

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圖4 后視鏡的模態(tài)有限元分析結(jié)果

有限元模型完成后,再分別賦予材料屬性,并對模型施加約束條件,約束按照車門的實(shí)際工作狀態(tài)處理,約束門鎖與鉸鏈處的三個方向的平動自由度,另外再約束側(cè)門與側(cè)圍接觸部位的Y向平動自由度,當(dāng)這些設(shè)置完成以后,然后提交RADIOSS進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下圖4。

為了明確掌握有限元分析與試驗(yàn)的符合情況,將兩者的結(jié)果進(jìn)行了對比,見下表1。通過表1可以看出:試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果差別很小,說明仿真分析結(jié)果有較高的可信度,因此可以通過有限元仿真的方法,實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。

表1:后視鏡模態(tài)有限元分析與試驗(yàn)結(jié)果對比

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4.2 設(shè)計(jì)修改及驗(yàn)證分析

從上述試驗(yàn)和分析可以看出:后視鏡抖動的主要原因在于垂直振動的頻率較低,提高該模態(tài)的頻率值是本次修改的重要目標(biāo)。利用Hyper study的優(yōu)化分析以及類似后視鏡的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),兩個因素對計(jì)算結(jié)果有重要影響[3]:第一,三角座(見圖5)的材料屬性對模態(tài)影響較大,該零件的材料為PA6,彈性模量較小,通過與供應(yīng)商聯(lián)系確認(rèn),可通過增加玻璃纖維(GF)與金屬粉(MD)來提高材料的彈性模量,進(jìn)而提高后視鏡的模態(tài)頻率。

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圖5 后視鏡三角架
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圖6 后視鏡修改前后結(jié)構(gòu)對比

第二,后視鏡內(nèi)部玻璃支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響,該支架僅與后視鏡外殼進(jìn)行連接(見圖6(a)),沒有與三角支架連接,而且該支架質(zhì)量較大造成后視鏡重心總體偏向外側(cè),形成類似懸臂梁的結(jié)構(gòu),使后視鏡更易于發(fā)生振動。為此,對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改,修改后的結(jié)構(gòu)見圖6(b)。

完成上述修改,重新建模進(jìn)行有限元分析,分析結(jié)果見下表2。從表2中可以看出修改后的第一階上下振動頻率提高到了34.24Hz,而第二階前后振動頻率也增加到40.53Hz,有效避開了激勵源的共振頻率,基本滿足設(shè)計(jì)要求。該款車在隨后的路試中,后視鏡沒有出現(xiàn)抖動的情況,說明上述修改效果確實(shí)有效。

表2 修改前后的后視鏡有限元分析結(jié)果

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5 分析與結(jié)論

針對國內(nèi)某款車出現(xiàn)后視鏡抖動的情況,通過試驗(yàn)找到了抖動的原因。為了快速的找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷及改進(jìn)的方法,通過在Hypermesh中建立有限元模型,并通過RADIOSS進(jìn)行了多次分析,找到了后視鏡抖動的設(shè)計(jì)缺陷,并從修改零件材料和零件結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行了修改,修改后的后視鏡沒有出現(xiàn)抖動的情況,這為解決后視鏡抖動提供了一種解決方法。

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