基于CAE技术的某后座椅中间安全带NVH性能设计研究

摘要：以CAE技术驱动的汽车产品性能设计，已经成为当前世界汽车设计的关键核心技术手段。以某车型出现的后座椅中间安全带拉拽噪声的性能问题以及其分析、解决过程，描述基于CAE技术驱动的性能设计的重要性。基于大型通用前、后处理软件HYPERWORKS以及其计算求解器，完成了其噪声源的分析及优化改进方案的提出及分析工作。并通过部分实验数据验证了CAE优化、改进方案的效果。

关键词：后座椅；安全带；性能设计；CAE的驱动

中图分类号：U463.83 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）06-0049-03

Based on a Rear Seat Intermediate Belt

Design and Research on NVH Performance CAE Technology

XIA Tang-zhong，WANG Ping-ping，LIU Wen-hua，LIU Pan，LU Zhi-chen，YUAN Zhi

（Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company LTD，Technology Center Vehicle Department，Wuhan 430056，China）

Abstract：Using CAE technology to drive the design of product performance，it has become the world vehicle design of the key technical means. This paper takes a vehicle seat safety belt after the middle of the pull noise performance problems and analyzes and solves process to describe the CAE technology based on the driving performance of the importance of design.Based on the large scale general pre and post processing software HYPERWORKS and its computing solver and completed its noise source analysis and improvement scheme and analysis of work ； and by part of the experimental data to verify the CAE optimization and improvement project.

Key words：rear seat；safety belt；design of performance；CAE driver

1 概述

随着中国逐步成为世界汽车大国，CAE技术的广泛应用，给国内、外（合资）汽车企业的产品研发带来巨大的经济效益和市场竞争力，并已将“基于物理样机试验的传统设计方法”带入并转换为基于“虚拟样机仿真的现代设计方法”。基于CAE技术驱动的性能设计可以获得比试验更多的性能数据，能够快速、正确地定位性能弱区，并给出经过计算分析的解决方案，因而可以大幅缩短产品开发周期、开发成本，提高企业产品在国际市场中的竞争力。在中国汽车工业发展趋势中，各种自主品牌轿车日渐成为国内汽车厂家的发展战略目标，数字化轿车设计已成为其必经之路。现代设计方法表明，产品设计虽然只占整个产品成本的5%，但它却影响整个产品成本的70%，CAE仿真技术可以很好地解决产品设计中的问题，并大幅减少各类设计更改、人力资源、模具修改等，缩短产品上市周期，其优势日显突出。

本文基于CAE分析技术对某车型后座椅安全带在整车产品试验中出现的拉拽噪声的性能质量问题，展开设计性能计算分析和实验分析工作。为了探寻改善后座椅安全带拉拽噪声的解决方案，产品设计人员进行了大量的试装、对比工作（如在安全带卷收器固定板下增加橡胶垫、更换侧面没有噪声的安全带卷收器、增加隔音罩等措施），但是均没有收到效果，这个问题最终提交到CAE NVH工程师的面前。

作为CAE NVH性能工程师，第一步需要开展现场问题的了解和感受，并对结构特征进行了解、分析。实验中采集的噪声值及频率分布如图1所示，在掌握了第一手真实情况的基础上，根据积累的知识、经验开展相关的实验和计算对比分析，从而找出产生噪声的根源，并由此对改进方案进行计算分析，最终根据仿真结果提出的优化改进方案进行相关实车物理验证。

遵循上面的科学程序，针对该噪声性能问题，首先展开了噪声频率响应、噪声回放分析的实验分析，确定了影响噪声性能的噪声频率范围。根据初步的结构分析，同时展开后座椅左右及中间安全带安装固定点处的NVH动态刚度和整车局部模态计算、分析，结合试验数据和仿真数据的对比分析，发现了原设计方案的缺陷及产生振动噪声的根源。根据该车型行李箱后隔板处的结构特性，依据CAE计算分析获得的详细信息和积累的知识、经验，通过改变原中间安全带固定点的位置和固定方式来优化、改进其NVH性能；并对此更改方案进行计算、分析。其计算结果显示，该优化方案满足动态刚度、振动传递函数性能的要求，具有结构变化、模具修改量小、实施周期短的优点。

2 安全带固定区域的动态特性的计算分析

根据现场对后座椅中间安全带拉拽噪声的研究、分析，初步认为噪声产生的区域不在卷收器固定板局部区域。为了快速验证分析结论，在准备计算分析模型的同时，对该区域采用了排出法的实验分析手段，即在卷收器固定板局部区域粘贴阻尼片、进行拉拽噪声频率响应、噪声回放分析的实验分析。其实验结果是没有产生任何改善效果，但是确定了拉拽噪声的噪声频率范围（见图1）。因此根据该车型结构特点，CAE工程师开展了模态计算分析、安全带卷收器固定点动态刚度及局部模态共振点处的振动传递函数的计算分析。

图2显示了在行李箱后隔板的局部模态计算分析结果，其局部模态共振点不在中间卷收器固定点的安装连接零件区域上。因此初步分析认为，加强该固定安装连接零件不会产生拉拽噪声问题的改善。

图3中的曲线分别显示了安全带卷收器固定点动态刚度、局部模态、共振点处的振动传递函数的计算分析对比结果。从对比曲线可以看到，中间卷收器固定点动态刚度、局部模态、共振点处的振动传递函数的性能数据明显低于没有拉拽噪声的左右两侧卷收器固定点的性能，并且在拉拽噪声的频率范围内降级非常明显。

3 原方案后座椅中间安全带固定区域刚度增加对振动传递性能的影响

为了验证加强中间安全带卷收器固定安装连接零件不会改善拉拽噪声问题的分析结论，分别进行了加强前、后其动态刚度、局部模态共振点处的振动传递函数的计算对比分析。从图4对比分析曲线可以看到，中间卷收器固定安装连接零件刚度的加强并没有产生性能的明显改善，该结论也通过在中间卷收器固定安装连接零件下表面粘贴阻尼片的实验测试得到了验证。

4 改变后座椅中间安全带固定位置及安装方式对动态刚度和振动传递性能的影响

据上面的计算、分析，原设计方案没有考虑到安全带拉拽过程中会产生动态的交变激励，从而导致局部的共振噪声。为了消除这个共振噪声，需要从提高安装固定点本身的动态刚度和降低共振区的振动传递函数这两个性能设计因素出发。

首先我们通过对现有结构特征的分析，参考左右两侧没有拉拽噪声问题的安全带固定点的动态刚度性能情况，将中间安全带卷收器固定点定位到行李箱后隔板上靠近其前下横梁处（见图5），另外再通过中间安全带卷收器固定连接板的振动衰减匹配来大幅降低共振区的振动传递函数。这样的性能设计方案变化，对原行李箱后隔板子系统并没有产生大的结构特征变化，因此其模具修改量小、实施费用低、计算分析工作量小。

根据上述的NVH性能设计方案，对此开展了动态刚度、共振区的振动传递函数的计算分析，并与原设计方案的对应性能数据进行了对比分析（见图6）。从图6中的对比性能曲线可以看到，新方案的动态刚度性能和振动传递性能在拉拽噪声频率范围内大大好于原设计方案，并与左右两侧没有拉拽噪声问题的安全带固定点的动态性能相当，因此该方案解决了后座椅中间安全带拽噪声问题。

5 结论

从以上分析、解决某车型后座椅中间安全带拉拽噪声性能问题的整个过程可以得出以下结论：

1）通过计算、分析改变后座椅中间安全带卷收器的安装固定方式来提高固定点处的动态刚度能够降低振动的传递响应。

2）在提高固定点动态刚度的同时，降低了共振区的振动传递函数从而消除了中间安全带拉拽的共振噪声。

参考文献：

［1］ 夏汤忠，王萍萍，刘文华，刘盼，袁智.408白车身动态刚度计算方法与性能优化［J］.神龙汽车，2011，2.

［2］ 王学军，张觉慧，陈晓宇.轿车车身的动刚度优化［J］.上海汽车，2003，1.