安全气囊碰撞传感器安装点频率响应分析与优化

2017-02-15 by:CAE仿真在线来源:互联网

摘要:汽车安全气囊碰撞传感器的作用是检测碰撞加速度信号,供ECU控制单元判断和控制气囊起爆。为防止安全气囊误爆,避免不必要的损失,必须将传感器安装点的共振频率响应控制在要求的范围内。本文利用HyperMesh软件建立某车型侧碰传感器安装点频率响应分析模型;然后计算其频率响应曲线并找出频率响应差的内在原因,提出了若干改进方案;最后经过CAE分析和实车试验,验证了优化方案是可行的。

1 概述

汽车侧面碰撞传感器的主要作用是检测车身上侧面碰撞传感器安装位置处的加速度信号,并将信号发送至安全气囊ECU控制单元,由ECU识别加速度信号,并判断是否需要点火。汽车在行驶过程中会受到发动机、变速器、传动轴和道路等内部和外界的激励,这些激励的范围覆盖从低频到中高频的几乎所有频率。受内部和外界激励的作用,侧碰传感器安装点有共振的可能。当发生共振时,安装点会出现较大的振幅,此时侧碰传感器采集到的异常加速度信号会传递给安全气囊ECU,当安全气囊ECU误认为达到碰撞减速度阀值时,会导致安全气囊的误爆,给乘客人身安全和财产带来不必要的损失。因此,要避免安全气囊误爆,就必须想办法控制侧碰传感器安装点的共振程度,使其符合传感器厂家的要求。

2 共振分析原理

共振程度的判定依据是侧碰传感器安装点的声惯量(Inertance)曲线水平,判断标准如下图所示。

图1 共振程度判定标准

侧碰传感器厂家要求传感器安装点共振频率要达到500Hz以上。根据上图,侧碰传感器安装点声惯量峰值点频率值取声惯量曲线与上限判定曲线相交后的第一个峰值点频率,声惯量曲线全部在上限判定曲线以下或峰值点频率在500Hz以上,结果是可接受的;峰值点频率在500Hz以下,结果不满足要求。
根据声惯量的定义:声惯量(频域放大比)=频域响应加速度(g/Hz)/频域激励信号(N/Hz),可知,声惯量曲线即是对传感器安装点施加单位激励而产生的安装点加速度频率响应特性曲线。于是,侧碰传感器安装点共振控制问题可以转化成安装点加速度频率响应特性曲线的分析优化问题。

3 频率响应分析与优化

3.1分析模型的建立

为缩短分析计算时间,利用已有基于HyperMesh所建立的白车身有限元模型,截取部分车体进行侧碰传感器安装点模态频率响应计算,模型如下图所示。

图2 侧碰传感器安装点频率响应分析模型

整个分析模型中共有88266个结点,85350个单元。
边界条件:约束前地板与前围板搭接处、前地板中截面、后地板前断面以及B柱上断面等处的节点的6个自由度;
侧碰传感器安装点
载荷工况:在B柱内板侧碰传感器安装点处施加Y向、大小为1N的频变激励载荷。

3.2 传感器安装点声惯量计算

将侧碰传感器安装点加速度频率响应分析模型导出,提交至软件计算传感器安装点加速度响应曲线,在HyperView中处理结果如图4-1所示。从图4-1中可以看出侧碰传感器安装点加速度响应峰值点频率在332Hz,与传感器厂家规定的500Hz以上的要求有不少差距,需要优化提升。

图3 原始结构侧碰传感器安装点加速度响应曲线

3.3优化方案及CAE验证

对于结构共振频率偏低的原因,一般认为是结构的刚度较弱导致,这点通过模态计算考察结构模态振型可以体现出来。根据传感器安装点加速度频率响应分析结果,对原始模型进行模态分析发现,330Hz左右时模型中B柱下内板上安全带卷收器安装位置处振幅较大,从而带动侧碰传感器安装点位置共振,因此影响侧碰传感器安装点频率响应曲线的主要原因是B柱下内板上安全带卷收器所在位置的Y向刚度,由此提出三种改进方案,如图4、5、6所示。