在汽車工業(yè)中，異響問題對(duì)客戶滿意度的影響日益增大。通常，一款新車在生產(chǎn)之前的驗(yàn)證階段就進(jìn)行異響測試。為在驗(yàn)證階段減少異響問題的數(shù)量，就需要進(jìn)行魯棒性設(shè)計(jì)。為了項(xiàng)目設(shè)計(jì)“一次成功”，避免不必要的開發(fā)循環(huán)，需要使用一個(gè)綜合的異響仿真工具。然而，在仿真工具有效使用之前，需要了解部件動(dòng)態(tài)特性的正確表現(xiàn)形式。因此，使用Polytec公司的PSV-500-3D三維掃描式激光測振儀對(duì)每個(gè)內(nèi)飾件進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測試以提高模態(tài)的相關(guān)性。3D激光測振儀測試數(shù)據(jù)結(jié)合仿真工具可幫助工程師更好的理解如何進(jìn)行正確的車身內(nèi)飾件設(shè)計(jì)以避免讓人煩惱的異響。
簡介
車內(nèi)異響是一種非常復(fù)雜的噪音現(xiàn)象，影響汽車異響數(shù)量的因素有很多：包括材料副、表面加工、裝配、部件間的相對(duì)位移、公差、路面載荷和生產(chǎn)裝配等。其中一個(gè)因素“相對(duì)位移”與汽車異響息息相關(guān)。因此，在異響仿真時(shí)，兩個(gè)相鄰部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是重要的關(guān)注點(diǎn)。在一輛普通的汽車中，因?yàn)椴煌牟考蛢x器被安裝在一起，儀表盤(見標(biāo)題圖)的內(nèi)部裝配的復(fù)雜性最高。為了避免異響問題，所有部件間的相對(duì)位移都需要進(jìn)行控制。
一、參數(shù)定義
通過詳細(xì)研究儀表盤，在仿真模型中需應(yīng)用一些重要的參數(shù)，用來計(jì)算相對(duì)位移（如下圖1），這些參數(shù)對(duì)于所有與異響仿真有關(guān)的內(nèi)飾總成部件均有效。全局剛度對(duì)相對(duì)位移有著重要影響，這些影響主要與內(nèi)部安裝點(diǎn)的數(shù)量和位置有關(guān)。局部剛度和卡扣剛度對(duì)相對(duì)位移也很重要。除剛度外，仿真時(shí)還需要考慮局部幾何形狀和兩部件間的接觸部位。此外，所施加載荷對(duì)異響問題也有決定性的影響。載荷水平過低可能不產(chǎn)生異響，載荷水平過高可能會(huì)導(dǎo)致其它問題。因此，定義一個(gè)恰當(dāng)?shù)妮d荷是非常重要的。相對(duì)位移是全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系下進(jìn)行運(yùn)算處理的仿真輸出結(jié)果。
圖1異響仿真模型的參數(shù)定義
在開發(fā)過程中會(huì)有不同類型的分析，這些分析的輸出會(huì)根據(jù)內(nèi)飾總成的細(xì)節(jié)程度來調(diào)整：
· 模態(tài)分析首先關(guān)注主要的結(jié)構(gòu)部件
· 當(dāng)結(jié)構(gòu)變得越來越細(xì)化時(shí)，通過瞬態(tài)分析得出由脈沖載荷引起的整體結(jié)構(gòu)部件間的相對(duì)位移
· 最后，使用頻響分析法結(jié)合其它軟件在整個(gè)細(xì)化模型上進(jìn)行異響仿真。測試的加速度數(shù)據(jù)作為輸入載荷，采用“SAR line”法算出局部接觸面幾何形狀。
二、模態(tài)分析和模態(tài)相關(guān)性
Opel Insignia這款車的儀表盤包含了很多塑料零件，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。相對(duì)于鋼體結(jié)構(gòu)的白車身而言，材料數(shù)據(jù)(如楊氏模量)和塑料部件的有限元(FE)不能很好地被定義。由于泡沫和襯墊與支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體，所以不能利用材料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行仿真分析。因此，為了提高仿真性能，直接測量和模態(tài)相關(guān)性的工作就顯得非常有必要。
利用加速度傳感器來獲取結(jié)構(gòu)的全局變形。如果相關(guān)性的主要結(jié)果是只有低階模態(tài)能精確相關(guān)，而高階模態(tài)卻不相關(guān)，這說明塑料部件的數(shù)據(jù)必須考慮進(jìn)行修改。
三、利用3D掃描式激光測振儀提高模態(tài)相關(guān)性
為了提高全局和局部的模態(tài)相關(guān)水平，我們使用了德國Polytec公司的三維掃描式激光測振儀測量結(jié)構(gòu)振動(dòng)(如圖2)。這種測量方法有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：第一，避免因使用相對(duì)較大的加速度傳感器帶來的質(zhì)量載荷，測振儀和反光膜一起使用，測量輕量的內(nèi)飾部件。第二，可以測量大量的測點(diǎn)，而使用單個(gè)加速度傳感器測試的測點(diǎn)是很有限的。
圖2:使用3D掃描式激光測振儀測量儀表盤的ODS
相關(guān)性分析工作的初步結(jié)果清楚地表明，線性仿真模型在局部水平上已得到大幅改進(jìn)。這一改進(jìn)能幫助工程師們更好地理解如何在仿真模型中以最佳方式準(zhǔn)確連接各部件。該模型使用戶能夠在早期進(jìn)行研究并反饋給設(shè)計(jì)工程師如何最有效地優(yōu)化模型剛度，比如采用不同安裝位置或不同的材料(如利用玻璃纖維增強(qiáng))。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括模態(tài)頻率和模態(tài)振型的一致性。通過研究模態(tài)振型，加筋和加強(qiáng)的位置可以很容易的識(shí)別出來。由于模態(tài)分析可以在非常早的設(shè)計(jì)階段開始，因此有足夠的時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
四、激光測振儀是唯一可針對(duì)輕量化部件測試的設(shè)備
掃描式測振儀能實(shí)現(xiàn)輕量部件的精確振動(dòng)測量。傳統(tǒng)方法使用接觸式的加速度傳感器，其附加質(zhì)量和剛度會(huì)影響部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。圖3顯示的是Insignia汽車的中控臺(tái)內(nèi)飾的仿真模型和試驗(yàn)搭建。測試結(jié)果表示該部件第一次的位移測試已經(jīng)完成，三維掃描式激光測振儀的測試結(jié)果以UNV格式導(dǎo)出，隨后導(dǎo)入至LMS Test軟件測試以提取特征模態(tài)。將測量模態(tài)和計(jì)算模態(tài)都輸入至LMS Virtual lab進(jìn)行模態(tài)相關(guān)性分析。這個(gè)比較簡單的FE模型能夠精確地顯示出了該部件的動(dòng)態(tài)特性。前10階特征模態(tài)顯示出了相當(dāng)好的MAC值(模態(tài)置信因子)，甚至考慮了所有的測試點(diǎn)，均高于0.8 (見下表及圖4)。
圖3: 中控臺(tái)仿真模型，夾具上待測的中控臺(tái)內(nèi)飾件
圖4:模態(tài)相關(guān)的MAC值
結(jié)論
異響仿真的目的是為了盡可能準(zhǔn)確地獲取車身內(nèi)飾件的動(dòng)態(tài)特性，將相對(duì)位移與實(shí)際的異響現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。模態(tài)關(guān)聯(lián)結(jié)果表明，通過使用改進(jìn)后的塑性材料數(shù)據(jù)，該線性仿真模型能夠準(zhǔn)確計(jì)算出低階全局模態(tài)(高階模態(tài)相關(guān)性仍然較差)。這種能力也使模態(tài)分析成為能夠在車身內(nèi)飾設(shè)計(jì)早期階段為設(shè)計(jì)師們提供幫助的強(qiáng)大工具。
為提高模型局部的模態(tài)相關(guān)性，采用3D掃描式激光測振儀來測量內(nèi)飾件的動(dòng)態(tài)特性，這樣我們可以更好地了解如何組裝內(nèi)飾件，將車內(nèi)異響降到最低。
