【摘 要】
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行驶状态下的车门异常振动会极大影响客户对于汽车质量的评价。降低车门振动水平对于设计高品质的车门系统,改善车辆乘坐舒适性具有重要意义。车门减振设计的关键在于对车门振动响应的准确预测及关键设计参数的优化。论文以某SUV在搓衣板路面行驶时出现的车门异常振动问题为研究对象,采用试验和仿真分析相结合的方法对车门异常振动问题的原因进行分析,确定了车门振动传递过程中的关键部件为底盘橡胶衬套、车门密封胶条和车门子
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行驶状态下的车门异常振动会极大影响客户对于汽车质量的评价。降低车门振动水平对于设计高品质的车门系统,改善车辆乘坐舒适性具有重要意义。车门减振设计的关键在于对车门振动响应的准确预测及关键设计参数的优化。论文以某SUV在搓衣板路面行驶时出现的车门异常振动问题为研究对象,采用试验和仿真分析相结合的方法对车门异常振动问题的原因进行分析,确定了车门振动传递过程中的关键部件为底盘橡胶衬套、车门密封胶条和车门子系统。探讨了橡胶衬套动刚度计算、密封胶条等效建模和顺序优化可靠性分析方法,并将其应用于车门减振设计中。主要研究内容及结论如下:(1)开展了车门模态试验和车门异常振动路面试验,建立了整车有限元模型,利用模态测试和路面测试结果对有限元模型进行验证。结合试验测试及仿真分析结果,确定车门异常振动问题的主要原因为:搓衣板路面持续激励使整车处于受迫振动状态,致使整车振动处在较高的水平;后稳定杆的存在使车身左侧比右侧多一个硬点,底盘通过左侧车身硬点向车身输入较大能量,进而导致左右两侧车门振动程度不一致,传递路径贡献量分析结果也验证了后稳定杆对车门异常振动有较大影响;车门低阶模态频率与路面激励频率接近,使车门结构处于共振状态。(2)详细研究了橡胶材料叠加模型的建模过程,并将其应用于底盘橡胶衬套的有限元建模中。基于不同预载荷和激励幅值作用下的衬套动刚度曲线呈现近似平行现象,提出了能够同时考虑激励频率、幅值和预载荷依赖性的衬套动刚度修正计算方法。将该方法应用于车门振动传递路径分析中,通过对比仿真和测试的车门振动加速度,验证了动刚度修正计算方法的正确性。传递路径贡献量分析结果表明,在激励频率为26.5 Hz情况下,车门振动的主要原因为后稳定杆x向和z向载荷过大。为减小该路径上的载荷,提出了将后稳定杆x向和z向衬套动刚度减小20%的改进方案,相比于初始设计,该方案可降低车门加速度峰值20.1%。(3)以橡胶材料叠加模型为基础,分析了激励频率、幅值和压缩量对密封胶条动刚度的影响,提出了采用线性粘弹性模型代替密封胶条有限元模型的等效建模方法。通过对比车门模态和关键路径振动传递函数仿真计算与实测结果,验证了该等效建模方法的正确性。研究了密封胶条参数对车门振动传递函数的影响,结果表明密封胶条超弹性参数、密封胶条截面高度、宽度及压缩量对车门振动传递函数有较大影响。针对车门异常振动问题,提出了将车门密封胶条压缩量由4mm改为6mm的改进措施,仿真结果表明相比于初始设计,该措施可降低车门振动传递函数峰值39.9%。(4)以最大熵原理的顺序优化可靠性分析方法为基础,建立了以车门关键板件壁厚为随机设计变量,以车门刚度、内饰车身状态车门模态频率、车门侧碰侵入量、车门重量的可靠性为约束条件,以最小化车门振动传递函数峰值为目标函数的可靠性设计优化数学模型。采用序列二次规划法进行优化,得到了考虑车门关键板件壁厚不确定性情况下的最优设计解。结果表明,相比于传统的顺序优化可靠性分析方法,最大熵原理的顺序优化可靠性分析方法具有更高的效率。在保证车门刚度、车门低阶固有频率、侧碰性能、车门重量的可靠性指标满足设计要求的前提下,可靠性设计优化方法得到的车门关键路径振动传递函数峰值比初始设计值降低了9.2%。(5)为提出最有效的车门异常振动问题解决措施,对各方案进行组合并通过仿真手段对比分析了各组合方案减振效果。最终选择了将后稳定杆衬套x向和z向动刚度降低20%,同时将车门密封胶条压缩量由初始的4 mm改为6 mm的组合方案作为最终的车门减振方案。路试结果表明,该组合方案可降低车门振动加速度峰值43.4%,有效解决了该型车门的异常振动问题。
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