某乘用车前排安全带卷收器关门振响问题的研究

马帅帅，李广，聂素祥，闫跃奇

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009)

某乘用车前排安全带卷收器关门振响问题的研究

马帅帅，李广，聂素祥，闫跃奇

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009)

某SUV车型在整车试制下线交车检验过程中,发现前门关闭瞬间前排安全带卷收器出现振响。针对此问题，提出一个车身开发过程中零部件结构优化的流程，采用HyperMesh软件建立车身及卷收器模型，进行前排安全带卷收器安装点区域模态分析，结果显示此安装点区域模态较低。从增加材料料厚和加强结构两个方面进行整改。整改方案的HyperMesh分析结果表明：加强结构后，此处安装点区域模态值显著提高，前门关闭瞬间前排安全带卷收器振响问题明显改善。

安全带卷收器；振响；模态分析；结构优化

0 引言

随着汽车行业的不断发展、消费水平的不断提升，客户对汽车感官质量要求也在不断提高，其中汽车NVH性能越来越受到客户的重点关注。现代轿车为适应轻量化的要求普遍采用承载式车身，它必须能为乘客提供足够的安全保障和舒适的乘坐空间，因而要求它具有足够的刚度、强度以保证装配和使用的要求以及合理的动态特性，达到控制振动与噪声的目的[1]。同时汽车车身作为所有安装件的载体，整车开发过程中需确认各个安装点区域模态是否满足要求，因此针对各个安装点区域模态进行CAE仿真分析尤为必要。

1 问题提出

某公司SUV车型在整车试制下线交车检验过程中，发现左、右前门关闭瞬间，左、右前排安全带卷收器发生振响现象(见图1)。此振响问题影响客户整车舒适性评价。

图1 前排卷收器振响区域

2 分析计算

2.1 模态分析理论基础

黏性阻尼单自由度(Single Degree of Freedom,SDOF)系统的力平衡方程式表示惯性力、阻尼力、弹性力与外力之间的平衡[2]：

(1)

2.2 分析优化流程

回顾汽车技术的发展，从汽车诞生开始，随着技术的进步，汽车研发经历了由道路实验验证、实验室实验验证，到今天主要以CAE作为研发工具、以实验为辅的发展道路[3]。在实际项目开发应用中，通过CAE模拟分析验证，可以快速查找问题原因，快速验证整改方案,从而减少实车验证次数，节约验证资源，缩短整车研发周期。车身开发过程中零件结构优化的流程见图2，利用HyperMesh软件对数据拓扑优化，确定合理车身结构设计[4]。

图2 零件结构优化流程图

2.3 HyperMesh软件分析

根据HyperMesh软件建立前排安全带卷收器安装点区域模型网格(见图3)，以安装点模态分析理论为依据进行分析，前排安全带卷收器安装点区域模型见图4，原模型分析结果见表1，模态值为31.06 Hz。

图3 模型图

图4 前排卷收器安装点区域模型

卷收器质量/kg0.825B柱内板料厚/mm0.8卷收器安装板料厚/mm1.5一阶模态频率/Hz31.06

同时安全带卷收器供应商对此款卷收器进行模态测试，结果显示此款卷收器共振频率为30～34 Hz。故此区域在关门瞬间存在共振，导致卷收器内部结构相互碰撞产生异响。

2.4 优化模型及模态分析

根据原模型分析结果及卷收器模态测试可知需提高此处安装点模态，避开卷收器共振频率。具体整改方案分别从两个方面着手：

(1)增加材料料厚。具体增加材料料厚方案见图5，将卷收器安装板料厚从原方案1.5 mm分别增加到1.6 mm(方案一)、1.8 mm(方案二)、2.0 mm(方案三)、2.2 mm(方案四)、2.5 mm(方案五)。

(2)结构加强。结构加强方案(见图6)分别为卷收器安装板左侧增加翻边焊接结构(方案六)、卷收器安装板右侧增加翻边焊接结构(方案七)、卷收器安装板两侧同时增加翻边焊接结构(方案八)、B柱内板缺口补齐加强结构(方案九)。

增加材料料厚方案的HyperMesh软件分析结果见表2：随着卷收器安装板料厚从1.6 mm增加到2.5 mm，卷收器安装点模态也随之增加。

结构加强方案的HyperMesh软件分析结果见表3：卷收器安装板单侧增加翻边结构均可提高卷收器安装点模态；卷收器安装板两侧同时增加翻边结构可显著提高卷收器安装点模态；B柱内板缺口补齐加强结构也可显著提高卷收器安装点模态。

图5 增加料厚方案

图6 结构加强方案

增加料厚方案方案一方案二方案三方案四方案五卷收器安装板料厚/mm1.61.82.02.22.5一阶模态频率/Hz31.6132.5633.3233.9434.64

表3 结构加强方案分析结果(卷收器质量0.825 kg，B柱内板料厚0.8 mm，卷收器安装板料厚1.5 mm)

3 整改方案输出

根据HyperMesh软件对优化方案分析结果可知：增加料厚及加强结构均可提升此处模态，但其中能够有效避开卷收器共振频率的为结构加强方案中方案八及方案九。

图7 整改方案零件

结合工艺实施以及成本综合考虑，选择方案九为最终整改方案。整改方案3D数据(见图7)输出给供应商进行模具更改，供应商提供满足冲压质量要求的零件试装验证(见图8)。

图8 整改方案实车验证

4 实车验证

实车模态测试结果显示：前排卷收器安装点区域模态值为36.3 Hz(见图9)，与CAE模拟分析结果(36.2 Hz)接近。在整车试制下线交车检测中，左、右前门关闭瞬间，左、右前排卷收器无振动噪声发出，满足客户整车舒适性评价。

图9 实车模态测试结果

5 结束语

使用HyperMesh分析软件，找出了导致左、右前排安全带卷收器关门振响的主要原因；并通过优化车身结构、CAE快速分析验证，找到了提高左、右前排安全带卷收器安装点区域模态的有效方案。结合工艺实施以及成本综合考虑，最终输出整改方案。通过实车检测左、右前排安全带卷收器安装点区域模态与CAE分析结果接近，也证明了CAE分析的准确性。实车关门验证时左、右前排安全带卷收器未发生振响，振响问题得到根本解决。

CAE模拟分析不仅可以快速找出问题原因，而且在车身多方案对比分析过程中，可以快速准确地对各方案性能进行分析评估，达到了降低整车开发成本、提高整车开发效率、缩短整车开发周期的目的。

【1】张平，雷雨成，高翔，等.轿车车身模态分析及结构优化设计[J].汽车技术，2006，(4)：5-9. ZHANG P,LEI Y C,GAO X,et al.The Modal Analysis and Optimum Structure Design of Passenger Car Body[J].Automobile Technology，2006(4)：5-9.

【2】沃德·海伦，斯蒂芬·拉门兹，波尔·萨斯.模态分析理论与实验[M].北京：北京理工大学出版社，2001.

【3】郭九大.CAE技术的应用热点[J].汽车制造业，2008(19):90-93.

【4】闫跃奇，陈云，王力彬，等.乘用车C柱内板开裂分析以及改进措施[J].汽车零部件，2016(1):20-22. YAN Y Q，CHEN Y，WANG L B，et al.Analysis and Improvement Measures for C Pillar Crack of Passenger Car Body[J].Automobile Parts，2016(1):20-22.

Research on the Vibration Problem of Front Seat Belt Retractor in a Passenger Car When Closing the Front Door

MA Shuaishuai，LI Guang，NIE Suxiang，YAN Yueqi

(Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu Anhui 241009,China)

The seat belt retractor vibration problem was occurred when closing the front door in the process of trail produce pre-delivery inspection of a SUV. For this problem, a process how to optimize the structure during body development was proposed, a model including body and retractor was established to make modal analysis with HyperMesh software. The results show that the modal is relatively low at the position. From the aspects of increasing plate thickness and strengthening structure,the retractor was optimized. The HyperMesh analysis results of the optimized schemes show that after the structure is strengthened, the modal has been enhanced remarkably, and the vibration problem of seat belt retractor has been improved greatly when closing the front door.

Belt retractor； Vibration； Modal analysis； Structure optimization

2017-01-05

马帅帅(1988—)，男，学士，工程师，研究方向为汽车车身设计。E-mail：mashuaishuai178828@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.004

U463.82

A

1674-1986(2017)04-016-04