汽车车门敲击异响分析

俞云云，崔世海，李琦

摘 要：基于某款汽车内饰车身的CATIA三维模型，应用Hypermesh软件进行建模和前处理，通过LMS.Test.Lab采集横纹石块路下的激励信号，根据尺寸公差信息筛选出需要进行敲击异响分析的边界，利用采集的数据对车门进行敲击异响分析，应用Optistruct求解器计算结果，在Hyperview中进行后处理分析，判断车门是否会发生敲击异响，找出车门异响风险点，为后期试验和优化分析提供参考。

关键词：车门;敲击异响;有限元法

中图分类号：U463.7  文献标志码：B  文章编号：1671-7988（2019）23-138-03

Analysis and Optimization Research on Rattle of Automobile doors*

Yu Yunyun1，2， Cui Shihai1， Li Qi2

（ 1.College of Mechanical Engineering， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300222;2.China Automotive Technology and Research Center， Tianjin 300399 ）

Abstract： Based on the CATIA three-dimensional model of a trimmed body car， the Hypermesh software is used to model and pre-process， the excitation signal under the transverse stone road is collected by LMS. Test. Lab， the boundary of knock rattle analysis is screened out according to the dimensional tolerance information， the rattle analysis of the door is carried out by using the collected data， and the post-processing analysis is carried out in Hyperview by using the calculation results of Optistruct solver to determine whether the rattle will occur in the door. Find out the risk point of rattle， which provides a reference for the later test and optimization analysis.

Keywords： Door; Rattle; FEM

CLC NO.： U463.7  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2019）23-138-03

1 序言

异响属于NVH的重要组成部分，逐渐被汽车企业重视;异响被定义为在外力的作用下，多个相邻部件或者两个部件的表面产生了碰撞或摩擦而引起的声音，包括Buzz（蜂鸣声）、Squeak（摩擦异响）、Rattle（敲击异响），简称BSR，蜂鸣声是由单个结构振动引起的的声音;摩擦异响是指两部件之间的相互摩擦运动而引起的声音;敲击异响是指两部件之间发生相互碰撞而产生的声音。文献[1]提出异响的发展主要受一些条件的限制，如：轻质材料的应用、轻量化设计的要求等;文献[2]研究了一种自动检测BSR的方法，并证实这种自动检测BSR的系统是可以代替主观检测的，建立BSR评价指标，用于评估汽车异响设计目标和规格;文献[3]指出Squeak和Rattle总是由相对位移引起的，即意味着如果没有相对位移，也就没有Squeak和Rattle的问题发生;文献[4]提出一种新的算法对Rattle和Squeak进行分类，新算法结合了声音质量指标，包括粗糙度、尖锐度和波动强度;文献[5]阐述了关于异响产生的原因，如：制造问题、装配问题、材料相容性问题等，提出一些对异响问题的敏感区域，有开闭件、仪表板、座椅等;文献[6]从试验角度介绍了异响的分类，并根据自己的多年工作经验总结了一些仪表板异响易产生的位置及原因;文献[7]基于试验方面对常见的汽车内饰件异响问题进行了分类，介绍了异响问题的排查方法及步骤。文献[8]对汽车BSR测试设备进行了介绍，阐述了国内外设备的差距。

现有的研究大部分为试验设备的应用，以及通过工作经验总结的常见异响的发生部位及原因，本文主要应用一套完整的有限元方法来判断车门内饰件之间是否存在敲击异响的风险，并基于模態贡献量对存在风险的位置进行优化。

2 内饰车身有限元建模

内饰车身主要包括白车身、车门、座椅、转向系统等开闭件及内饰，内饰车身的搭建主要在白车身的基础上将上述开闭件及其他质量大于0.5Kg的附件导入进行连接装配组成，不足0.5Kg的部件可以进行配重，也可以将对模态影响不大的部件进行配重，配重通过用RBE3单元连接，在质心处用CONM2单元进行模拟配重，车门需要铰链连接，应用RBE2连接时释放一个转动方向的自由度，内饰车身有限元模型如图1所示，共有5784278个单元，其中三角形单元105109个，占比1.82%，重量为1795Kg。车门的有限元建模首先由几何模型在Hypermesh中进行几何清理，几何清理的结果将直接影响网格划分的效率和网格的质量，好的几何清理结果将对划分网格的质量有极大的帮助，将模型中密集的线条减少，去除不必要的硬点，将车门结构中不必要的零件去除，减少零件数量，简化几何结构，像卡扣、螺栓、铆钉等连接的小零件，形状比较复杂并且数量多，这些零件质量较小，对模态结果的影响不大，并且不易进行网格划分，因此为了提高建模的效率，一般情况下将这些小零件删去，只保留它们的几何特征，通过采用不同的连接方式来模拟。

图1  内饰车身有限元模型

车门外框钣金件和车门内饰件通过抽取中面用二维单元来进行网格划分。车门是一个整体，需将每个零部件装配在一起，车门系统的连接方式主要有焊接、螺栓螺钉连接、卡扣连接，门内饰板中常用的连接有熔焊、螺钉、自带的卡扣及其他塑料卡扣等[9]，常用的塑料卡扣有很多种不同的类型，像V型卡扣、圆形卡扣等。焊接是车门钣金件之间的连接方式，在Hypermesh中常采用spot来进行模拟;螺栓和螺钉连接都是刚性连接，在Hypermesh中采用刚性连接RBE2来模拟;门内饰板中的熔焊及自带卡扣均用刚性连接RBE2模拟，而塑料卡扣则采用RBE3和CBUSH单元结合的方式模拟，卡扣的刚度值通过试验测得。

3 激励信号采集

测试仪器有LMS试验分析系统软件LMS Test Lab、LMS SCADAS Mobile 32 通道数据采集系统及三向加速度传感器，试验所采集的加速度信号要转化为仿真需要输入的位移信号，通过LMS Test Lab软件将生成的信号文件转化为rsp格式导出，再通过Ncode软件将激励信号由加速度信号经过单位转换、滤波、积分、再滤波积分得到仿真输入的位移信号，如图2所示。本文所采集的激励信号的横纹石块路的路谱激励，采集点为车身四个减震器位置。将得到的位移信号分别处理成csv格式的表格，将三个激励点位置的XYZ方向的激励信号分别存为csv格式的表格。

图2  信号转换

4 车门敲击异响分析

异响主要包括Buzz（蜂鸣声）、Rattle（敲击异响）、Squeak（摩擦异响），而Buzz主要是由单个部件振动引起的异响，本文主要研究敲击异响，在外力的作用下，两个物体之间相互碰撞，彼此有不断的接触然后分开，即产生了敲击声。对于车身来说，敲击异响的主要激励源是路面激励，相邻部件之间的间隙太小、结构松动及部件的刚度不足都会引起车身异响。车身部件碰撞的大多数激励是介于脉冲与正弦激励之间，属于宽频带的激励谱，宽频带的激励作用在车身结构上，产生的敲击声音的频率也是宽频带的。敲击声的频带取决于结构振动特征、激励力及声辐射效率，车身上的敲击异响主要频率范围在20-2000Hz之间。

根据上述的敲击异响的产生机理，敲击异响的产生都与相邻两运动部件之间的相对位移有关。所以将相对位移作为主要的评价参数来进行异响仿真分析。且相对位移值只有在时域内获取才有意义，因此使用瞬态响应分析方法来计算车门有限元模型的相对位移[10]。敲击异响分析的是间隙不为零且材料都为硬质材料的两个部件之间的相对位移，Rattle计算结果的评价方法为：计算时域下的相对位移峰值排序的前30%的最大峰值的平均值，得出每条E-Line上的最大的相对位移值，与DTS中间隙公差差值作比较，得出是否有发生敲击异响的风险。通过对DTS和材料的筛选，筛选出间隙不为零的边界，筛选出车门有可能发生摩擦异响的边界如图3所示，其中A11的边界是前门除霜风口与前门三角盖板，A46的边界前门下饰板与前门低音扬声器护罩，A77的边界是后门下饰板与后门内扶手盖板，A83的边界是后门下饰板与后门低音扬声器护罩。

图3  车门边界示意图

本文主要应用Hypermesh软件中的SNRD模块，采用的求解器为Optistruct求解器，Optistruct求解器是Hyperworks软件带有的求解器，计算速度较快。后处理在Hyperview中进行，Hyperview的后处理功能十分强大。敲击异响的评价方法为计算时域下相对位移结果峰值排序的前30%最大峰值的均值，得出每条E-Line上的最大的相对位移值Max_P2P，与DTS中间隙公差差值作比较，判断是否存在风险。分析结果如表1所示。由表中数据可以看出A11前门除霜风口与前门三角盖板在横纹石块路激励下产生的相对位移值位于尺寸公差值的范围之间，有发生敲击异响的风险，而其余位置的相对位移值均小于尺寸公差值的最小值，均无敲击异响发生的风险。

表1  分析结果

5 结论

本文针对某款汽车基于内饰车身的车门进行敲击异响分析，并将分析结果与尺寸公差信息相比较，判断车门是否会发生敲击异響以及找出会发生敲击异响的位置，并找出车门异响风险点，为后期试验和优化分析提供参考具有重要意义。

参考文献

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[4] Gil-Jun Lee，Kichang Kim，Jay Kim. Development of an Algorithm to Automatically Detect and Distinguish Squeak and Rattle Noises[C]. SAE Paper，2015-01-2258.

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[6] 王晓燕，张心.仪表板异响分析与解决方案[J].企业科学与发展， 2015（2）：23-34.

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[10] 石建策.汽车仪表板异响CAE分析技术研究[D].吉林大学，2017.