Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集
刘鹏 1,2 孙跃辉 1,2 昝建明 1,2
1.重庆长安汽车工程研究总院 CAE 工程所 2.汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室
摘要: 外后视镜属于汽车主动安全主要零件之一。在某轿车产品研发过程中，出现了行驶
中外后视镜振动问题，严重影响了驾驶员的正常驾驶。通过 CAE 与试验对标查振动产生 原因，并运用 CAE 方法对外后视镜振动问题进行分析优化，有效地解决了外后视镜的振动 问题，从而提升了产品品质。 关键词: 外后视镜 振动 试验 CAE 优化
1 概述
外后视镜属于汽车主动安全主要零件之一，国家强制法规 GB 15084-2006 中 7.1.2 规 定 “后视镜的固定方式应使它不致移动而明显改变其视野区域， 或因振动而使驾驶员对图像 产生错觉。”该强制法规 7.1.2.1 中规定“当车辆以不超过最高设计车速的 80％(但不超过 150 km/h)的车速行驶时，后视镜必须符合 7.1.2 的要求。” 在汽车行驶过程中， 若镜片对侧后视野成像模糊， 将导致驾驶员无法及时准确地观察车 侧和
车后方的状况，存在严重的安全隐患。因此，成像清晰一直是驾驶员对外后视镜最基本 且最重要的要求。 某新品轿车在行驶中， 100Km/h 左右时外后视镜振动严重， 在 没有达到国家法规要求。 通过 CAE 与试验对标查振动产生原因，并运用 CAE 方法对外后视镜振动问题进行分析 优化，使其达到国家法规要求，有效地解决了外后视镜的振动问题，从而提升了产品品质。
2 问题研究
2.1 试验测试
根据在行驶中出现的问题，在整车上测试外后视镜的振动，在高速路行驶过程中，提
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取外后视镜的振动幅频曲线，测量点如图 1 所示。通过测试即如果可知，在频率 31.4Hz 时出现峰值，引起外后视镜振动，振动方向为 X 向，如图 2 所示。
图 1 外后视镜测量点
杨怡 车震图 2 外后视镜 X 方向的幅频曲线
2.2 外后视镜有限元建模
利用 HyperMesh 软件对外后视镜进行有限元建模。其中安装板和转轴用二阶四面体单 元模拟，镜壳、灯壳等其他部件用壳单元模拟，螺栓、卡扣等用 rbe2 单元模拟，镜片、转 轴弹簧等用集中质量代替。外后视镜有限元模型如图 3 所示。
图 3 外后视镜有限元模型
2.3 轮胎不平衡分析
根据驾评和测试结果，结合以往经验，初步判断由轮胎不平衡激励导致的。 运动车辆的震动源之一就是轮胎不平衡。轮胎不平衡是由轮胎系统质量分布不均导致 的。轮胎旋转产生离心力，在时间上是简谐的并和转速的平方成正比。力产生关于轮轴的简 谐弯矩。 每个轮胎系统的力和弯矩都传到相邻结构除非力抵消了只有弯矩传过来。 这导致车 辆系统的两种不平衡：静态不平衡，力和弯矩都传递，动态不平衡，只有弯矩传递。力和弯 矩的简谐特性导致车辆系统的震动。在光滑路面上，低速（低频）的振幅很小但是很快上升
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由于在高速时悬置震动参与进来了。但是在粗糙路面，道路粗糙度的贡献变得主要了。这样 轮胎的不平衡可以考虑为在光滑路面上高速时的主要震动源。 在前轮加载轮胎不平衡激励，如图 4 所示，输出外后视镜上若干点的加速度，如图 5 所示。
图 4 整车分析模型
图 5 外后视镜 X 向响应曲线
通过分析结果可以看出，在频率 31.3Hz 时出现峰值，X 方向最峰值最高，与驾评和测 试结果基本一致，可以确认轮胎不平衡是导致后视镜振动的主要原因。
2.4 外后视镜模态分析
计算带后视镜车门的约束模态，近似于整车状态，缩短计算时间，提升分析效率。后视 镜模态为 32Hz，模态振型为 X 向前后振动，如图 6 所示。通过换算，时速在 100Km 左右 对应的轮胎不平衡二阶激励正是在 32Hz 左右，刚好与后视镜模态耦合，产生共振。
模态结果：32Hz 对应车速：100Km/h
图 6 外后视镜模态
3 分析优化
3.1 外后视镜模态对比
同时，对比其他类似级别车型的外后视镜模态（表 1），本车的外后视镜模态低了很多， 导致在车速相对较低时就产生了严重的振动，必须对其进行优化，提高模态水平。
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表 1 各车型外后视镜模态对比表
车型 本车 A B C D E 后视镜抖动频率 32Hz 39Hz 46Hz 38Hz 49Hz 整车状态 备注
3.2 外后视镜模态优化
通过对比外后视镜自身以及其安装位置的结构，并结合模态分析的应变能分布，如图 7 所示，发现外后视镜的两个薄弱区域：1.镜壳安装板之间只有一个安装点，连接刚度不足； 2.后视镜直接安装在门板上，没有加强结构，安装点刚度不足。
图 7 应变能云图 针对薄弱区域进行优化，优化后外后视镜模态达到了 42Hz，如图 8 所示，达到了同级 别车型的平均水平。通过换算，42Hz 对应的轮胎二阶激励的车速为 140Km/h，已经超过了 常用设计车速，并能够满足法规要求。
模态结果：42Hz 对应车速：140Km/h
图 8 优化后外后视镜模态
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3.3 外后视镜优化方案实车验证
产品部门根据优化方案制作快速样件，进行试车测评，在时速 140Km 以下后视镜没有 出现振动现象，测评结果见表 2。
表 2 实车测评验证结果
60-80Km/h 优化前 轻微间歇抖动 视觉正常 不抖动 视觉正常 80-120Km/h 抖动 视觉模糊 不抖动 视觉正常 120-140Km/h 抖动 视觉模糊 不抖动 视觉正常 140Km/h 以上 抖动 视觉模糊 间歇抖动 可以接受
优化后
4 结论
本文针对外后视镜振动问题提出了切实可行的解决方案： 根据主观测评初步确认问题的 产生阶段及振源；进行有目的性的试验，并与 CAE 分析结果对标，确定问题产生原因，标 定应用于此次分析的 CAE 模型；利用 CAE 手段，进行分析优化，提出优化建议，并结合 试验验证方案的有效性和可行性，快速提升整车的 NVH 性能。 同时，通过对外后视镜问题分析的深入与积累，可以利用 CAE 手段在前期把控外后视 镜的振动风险，降低后期整改的风险和成本，充分发挥 CAE 的优势，为整车性能开发服务。
5 参考文献
[1] 庞剑 谌刚 何华编 《汽车噪声与振动理论与应用》 北京理工大学出版社 2006 [2] 李楚琳 张胜兰 冯樱 杨朝阳编 《HyperWorks 分析应用实例》 机械工业出版社 [3] 张胜兰 李楚琳 郑冬黎 郝琪编 《基于 HyperWorks 的结构优化设计技术》 机械工业出版社 2008 2008
Study and Optimization for Outside Rear Mirror Vibration of One Vehicle
Abstract: Outside rear mirror is one of the important parts for active safety. In one vehicle R&D process, outside rear mirrors appeared driving vibration, seriously affected the normal driving. Contrast
CAE and test results to find the cause of the vibration, use CAE
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