安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化

2017-02-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

摘要:汽車安全氣囊碰撞傳感器的作用是檢測(cè)碰撞加速度信號(hào),供ECU控制單元判斷和控制氣囊起爆。為防止安全氣囊誤爆,避免不必要的損失,必須將傳感器安裝點(diǎn)的共振頻率響應(yīng)控制在要求的范圍內(nèi)。本文利用HyperMesh軟件建立某車型側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析模型;然后計(jì)算其頻率響應(yīng)曲線并找出頻率響應(yīng)差的內(nèi)在原因,提出了若干改進(jìn)方案;最后經(jīng)過CAE分析和實(shí)車試驗(yàn),驗(yàn)證了優(yōu)化方案是可行的。

1 概述

汽車側(cè)面碰撞傳感器的主要作用是檢測(cè)車身上側(cè)面碰撞傳感器安裝位置處的加速度信號(hào),并將信號(hào)發(fā)送至安全氣囊ECU控制單元,由ECU識(shí)別加速度信號(hào),并判斷是否需要點(diǎn)火。汽車在行駛過程中會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸和道路等內(nèi)部和外界的激勵(lì),這些激勵(lì)的范圍覆蓋從低頻到中高頻的幾乎所有頻率。受內(nèi)部和外界激勵(lì)的作用,側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)有共振的可能。當(dāng)發(fā)生共振時(shí),安裝點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大的振幅,此時(shí)側(cè)碰傳感器采集到的異常加速度信號(hào)會(huì)傳遞給安全氣囊ECU,當(dāng)安全氣囊ECU誤認(rèn)為達(dá)到碰撞減速度閥值時(shí),會(huì)導(dǎo)致安全氣囊的誤爆,給乘客人身安全和財(cái)產(chǎn)帶來不必要的損失。因此,要避免安全氣囊誤爆,就必須想辦法控制側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)的共振程度,使其符合傳感器廠家的要求。

2 共振分析原理

共振程度的判定依據(jù)是側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)的聲慣量(Inertance)曲線水平,判斷標(biāo)準(zhǔn)如下圖所示。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh分析圖片1

圖1 共振程度判定標(biāo)準(zhǔn)

側(cè)碰傳感器廠家要求傳感器安裝點(diǎn)共振頻率要達(dá)到500Hz以上。根據(jù)上圖,側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)聲慣量峰值點(diǎn)頻率值取聲慣量曲線與上限判定曲線相交后的第一個(gè)峰值點(diǎn)頻率,聲慣量曲線全部在上限判定曲線以下或峰值點(diǎn)頻率在500Hz以上,結(jié)果是可接受的;峰值點(diǎn)頻率在500Hz以下,結(jié)果不滿足要求。
根據(jù)聲慣量的定義:聲慣量(頻域放大比)=頻域響應(yīng)加速度(g/Hz)/頻域激勵(lì)信號(hào)(N/Hz),可知,聲慣量曲線即是對(duì)傳感器安裝點(diǎn)施加單位激勵(lì)而產(chǎn)生的安裝點(diǎn)加速度頻率響應(yīng)特性曲線。于是,側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)共振控制問題可以轉(zhuǎn)化成安裝點(diǎn)加速度頻率響應(yīng)特性曲線的分析優(yōu)化問題。

3 頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化

3.1分析模型的建立

為縮短分析計(jì)算時(shí)間,利用已有基于HyperMesh所建立的白車身有限元模型,截取部分車體進(jìn)行側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)模態(tài)頻率響應(yīng)計(jì)算,模型如下圖所示。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh分析圖片2

圖2 側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析模型

整個(gè)分析模型中共有88266個(gè)結(jié)點(diǎn),85350個(gè)單元。
邊界條件:約束前地板與前圍板搭接處、前地板中截面、后地板前斷面以及B柱上斷面等處的節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度;
側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)
載荷工況:在B柱內(nèi)板側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)處施加Y向、大小為1N的頻變激勵(lì)載荷。

3.2 傳感器安裝點(diǎn)聲慣量計(jì)算

將側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)加速度頻率響應(yīng)分析模型導(dǎo)出,提交至軟件計(jì)算傳感器安裝點(diǎn)加速度響應(yīng)曲線,在HyperView中處理結(jié)果如圖4-1所示。從圖4-1中可以看出側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)加速度響應(yīng)峰值點(diǎn)頻率在332Hz,與傳感器廠家規(guī)定的500Hz以上的要求有不少差距,需要優(yōu)化提升。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh分析圖片3

圖3 原始結(jié)構(gòu)側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)加速度響應(yīng)曲線

3.3優(yōu)化方案及CAE驗(yàn)證

對(duì)于結(jié)構(gòu)共振頻率偏低的原因,一般認(rèn)為是結(jié)構(gòu)的剛度較弱導(dǎo)致,這點(diǎn)通過模態(tài)計(jì)算考察結(jié)構(gòu)模態(tài)振型可以體現(xiàn)出來。根據(jù)傳感器安裝點(diǎn)加速度頻率響應(yīng)分析結(jié)果,對(duì)原始模型進(jìn)行模態(tài)分析發(fā)現(xiàn),330Hz左右時(shí)模型中B柱下內(nèi)板上安全帶卷收器安裝位置處振幅較大,從而帶動(dòng)側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)位置共振,因此影響側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)曲線的主要原因是B柱下內(nèi)板上安全帶卷收器所在位置的Y向剛度,由此提出三種改進(jìn)方案,如圖4、5、6所示。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh應(yīng)用技術(shù)圖片4

圖4 改進(jìn)方案一結(jié)構(gòu)圖

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh應(yīng)用技術(shù)圖片5

圖

5 改進(jìn)方案二結(jié)構(gòu)圖

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh應(yīng)用技術(shù)圖片6

圖

6 改進(jìn)方案三結(jié)構(gòu)圖

分別對(duì)三種改進(jìn)方案狀態(tài)下的模型進(jìn)行傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)計(jì)算,結(jié)果曲線如圖7所示。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hyperworks仿真分析圖片7

圖7 三種改進(jìn)方案與原始結(jié)構(gòu)安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)曲線對(duì)比

各改進(jìn)方案與原狀態(tài)下模型側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hyperworks仿真分析圖片8

由上述分析計(jì)算結(jié)果可知,方案三滿足要求:在500Hz以內(nèi),側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)曲線均分布在判定曲線上限以下,而且峰值點(diǎn)頻率也在500Hz以上。最后將方案具體化,以便能工程實(shí)現(xiàn)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

此階段工作主要是具體實(shí)施改制后的車體實(shí)車試驗(yàn),跟蹤試驗(yàn)進(jìn)展,對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與CAE分析結(jié)果,驗(yàn)證改進(jìn)方案的最終效果。下圖為實(shí)車試驗(yàn)和側(cè)碰傳感器布置圖。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hyperworks仿真分析圖片9

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh分析案例圖片10

圖8 實(shí)車試驗(yàn)及傳感器布置

采集左側(cè)碰撞傳感器安裝點(diǎn)的加速度信號(hào),對(duì)其進(jìn)行處理后得到試驗(yàn)結(jié)果曲線見圖9。

安全氣囊碰撞傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化hypermesh分析案例圖片11

圖9 實(shí)車試驗(yàn)得到的傳感器安裝點(diǎn)頻率響應(yīng)曲線

在要求的頻率范圍內(nèi),實(shí)測(cè)響應(yīng)曲線均處于判定曲線上限以下,結(jié)果滿足側(cè)碰傳感器廠家的要求。將實(shí)測(cè)曲線與CAE仿真曲線進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn),在CAE仿真曲線全部頻率范圍內(nèi),兩者一致性較好,這也證明了CAE仿真手段的可行性。

5 結(jié)論

本文利用HyperWorks的高效前后處理器功能,對(duì)某車型B柱側(cè)碰傳感器安裝點(diǎn)位置進(jìn)行了頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化。這對(duì)于需要對(duì)碰撞傳感器安裝點(diǎn)共振水平進(jìn)行控制的汽車早期設(shè)計(jì)階段的性能管控具有十分重要的參考價(jià)值。同時(shí),這也體現(xiàn)了CAE分析手段在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有提高設(shè)計(jì)效率和節(jié)約試驗(yàn)成本的優(yōu)點(diǎn)。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才