安全氣囊碰撞傳感器安裝點頻率響應(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碰撞加速度信號,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)碰傳感器安裝點頻率響應(yīng)分析模型;然后計算其頻率響應(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分析和實車試驗,驗證了優(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車身上側(cè)面碰撞傳感器安裝位置處的加速度信號,并將信號發(fā)送至安全氣囊ECU控制單元,由ECU識別加速度信號,并判斷是否需要點火。汽車在行駛過程中會受到發(fā)動機(jī)、變速器、傳動軸和道路等內(nèi)部和外界的激勵,這些激勵的范圍覆蓋從低頻到中高頻的幾乎所有頻率。受內(nèi)部和外界激勵的作用,側(cè)碰傳感器安裝點有共振的可能。當(dāng)發(fā)生共振時,安裝點會出現(xiàn)較大的振幅,此時側(cè)碰傳感器采集到的異常加速度信號會傳遞給安全氣囊ECU,當(dāng)安全氣囊ECU誤認(rèn)為達(dá)到碰撞減速度閥值時,會導(dǎo)致安全氣囊的誤爆,給乘客人身安全和財產(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)碰傳感器安裝點聲慣量峰值點頻率值取聲慣量曲線與上限判定曲線相交后的第一個峰值點頻率,聲慣量曲線全部在上限判定曲線以下或峰值點頻率在500Hz以上,結(jié)果是可接受的;峰值點頻率在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)/頻域激勵信號(N/Hz),可知,聲慣量曲線即是對傳感器安裝點施加單位激勵而產(chǎn)生的安裝點加速度頻率響應(yīng)特性曲線。于是,側(cè)碰傳感器安裝點共振控制問題可以轉(zhuǎn)化成安裝點加速度頻率響應(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

為縮短分析計算時間,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)碰傳感器安裝點模態(tài)頻率響應(yīng)計算,模型如下圖所示。

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圖2 側(cè)碰傳感器安裝點頻率響應(yīng)分析模型

整個分析模型中共有88266個結(jié)點,85350個單元。
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)點的6個自由度;
側(cè)碰傳感器安裝點
載荷工況:在B柱內(nèi)板側(cè)碰傳感器安裝點處施加Y向、大小為1N的頻變激勵載荷。

3.2 傳感器安裝點聲慣量計算

將側(cè)碰傳感器安裝點加速度頻率響應(yīng)分析模型導(dǎo)出,提交至軟件計算傳感器安裝點加速度響應(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)碰傳感器安裝點加速度響應(yīng)峰值點頻率在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)碰傳感器安裝點加速度響應(yīng)曲線

3.3優(yōu)化方案及CAE驗證

對于結(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,這點通過模態(tài)計算考察結(jié)構(gòu)模態(tài)振型可以體現(xiàn)出來。根據(jù)傳感器安裝點加速度頻率響應(yīng)分析結(jié)果,對原始模型進(jìn)行模態(tài)分析發(fā)現(xiàn),330Hz左右時模型中B柱下內(nèi)板上安全帶卷收器安裝位置處振幅較大,從而帶動側(cè)碰傳感器安裝點位置共振,因此影響側(cè)碰傳感器安裝點頻率響應(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。

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圖4 改進(jìn)方案一結(jié)構(gòu)圖

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5 改進(jìn)方案二結(jié)構(gòu)圖

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6 改進(jìn)方案三結(jié)構(gòu)圖

分別對三種改進(jìn)方案狀態(tài)下的模型進(jìn)行傳感器安裝點頻率響應(yīng)計算,結(jié)果曲線如圖7所示。

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

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

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

4 試驗驗證

此階段工作主要是具體實施改制后的車體實車試驗,跟蹤試驗進(jìn)展,對比試驗結(jié)果與CAE分析結(jié)果,驗證改進(jìn)方案的最終效果。下圖為實車試驗和側(cè)碰傳感器布置圖。

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圖8 實車試驗及傳感器布置

采集左側(cè)碰撞傳感器安裝點的加速度信號,對其進(jìn)行處理后得到試驗結(jié)果曲線見圖9。

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圖9 實車試驗得到的傳感器安裝點頻率響應(yīng)曲線

在要求的頻率范圍內(nèi),實測響應(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。將實測曲線與CAE仿真曲線進(jìn)行對比后發(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,對某車型B柱側(cè)碰傳感器安裝點位置進(jìn)行了頻率響應(yīng)分析與優(yōu)化。這對于需要對碰撞傳感器安裝點共振水平進(jìn)行控制的汽車早期設(shè)計階段的性能管控具有十分重要的參考價值。同時,這也體現(xiàn)了CAE分析手段在產(chǎn)品設(shè)計中具有提高設(shè)計效率和節(jié)約試驗成本的優(yōu)點。

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