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　　1 概述

　　車(chē)外后視鏡是汽車(chē)主動(dòng)安全的重要裝置之一，是駕駛員獲取汽車(chē)兩側(cè)和后方等外部環(huán)境信息的工具，也是保證汽車(chē)行駛安全的重要工具。在汽車(chē)行駛過(guò)程中，路面激勵(lì)、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)都會(huì)引起車(chē)身振動(dòng)，可能造成后視鏡不同程度的抖動(dòng)。嚴(yán)重的抖動(dòng)會(huì)造成后方視野不清，導(dǎo)致駕駛員因判斷失誤進(jìn)而引發(fā)交通事故。根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)因后視鏡設(shè)計(jì)制造缺陷造成的交通事故占交通事故總數(shù)的30%，而美國(guó)所占比例為20%，尤其在高速公路上，此比例高達(dá)70%。因此，后視鏡除了滿足有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，合理選擇曲率半徑、鏡面大小外、安裝位置外，必須注意后視鏡的動(dòng)態(tài)特性。

　　2 問(wèn)題的提出

　　在國(guó)內(nèi)某一款乘用車(chē)的道路實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：后視鏡不僅在怠速工況下發(fā)生嚴(yán)重抖動(dòng)，并且在高速行駛和粗糙路面上行駛也有明顯的抖動(dòng)。使駕駛員觀察視野模糊，不僅易造成駕駛員視力疲勞，而且無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確的判斷兩側(cè)和后方的情況，存在較大的安全隱患。本文針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了分析和改進(jìn)。

　　3 實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析

　　為了獲取后視鏡的真實(shí)工作狀況，在整車(chē)上進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試后視鏡的動(dòng)態(tài)特性時(shí)采用錘擊激勵(lì)。實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集前端采用LMS公司的SCADIII，力錘采用PCB公司的HEV200，傳感器采用PCB公司的三向加速度傳感器，數(shù)據(jù)分析處理軟件采用Test.LAB 9等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

　　傳感器的布置位置見(jiàn)圖1

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　　圖1 后視鏡傳感器布置位置

　　數(shù)據(jù)采集截止頻率為512Hz，頻率分辨率為0.5Hz，通過(guò)分析可得到如下結(jié)果：

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　　圖2 后視鏡模態(tài)計(jì)算結(jié)果

　　從試驗(yàn)結(jié)果看出，后視鏡的模態(tài)頻率偏低，很容易被發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及路面所激勵(lì)，是導(dǎo)致后視鏡抖動(dòng)的重要原因。

　　4 后視鏡數(shù)值模擬分析

　　針對(duì)本款車(chē)出現(xiàn)的后視鏡抖動(dòng)的問(wèn)題，如果單純采用試驗(yàn)方法尋求問(wèn)題的成因會(huì)困難、而且耗時(shí)。為了快速找出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷并提出修改建議，本文采用仿真模擬方法，對(duì)后視鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，檢查找出結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，提出涉及更改建議。

　　4.1 有限元模型的建立

　　為了使后視鏡模態(tài)分析在接近于實(shí)際情況的條件下進(jìn)行，采用后視鏡安裝在前門(mén)的狀態(tài)下進(jìn)行分析，后視鏡及前門(mén)的有限元模型是在HyperMesh中完成的，在有限元模型中，采用四面體單元TETRA4，鈑金件的單元?jiǎng)澐忠运倪呅螁卧狢QUAD4為主，過(guò)渡單元用三角形單元CTRIA3，并控制在3%內(nèi)，鉸鏈軸采用RBE2單元進(jìn)行模擬，焊點(diǎn)采用CWELD單元進(jìn)行模擬、膠采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。有限元模型如圖3所示：

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　　圖3 后視鏡及側(cè)門(mén)的有限元模型

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　　圖4 后視鏡的模態(tài)有限元分析結(jié)果

　　有限元模型完成后，再分別賦予材料屬性，并對(duì)模型施加約束條件，約束按照車(chē)門(mén)的實(shí)際工作狀態(tài)處理，約束門(mén)鎖與鉸鏈處的三個(gè)方向的平動(dòng)自由度，另外再約束側(cè)門(mén)與側(cè)圍接觸部位的Y向平動(dòng)自由度，當(dāng)這些設(shè)置完成以后，然后提交RADIOSS進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下圖4。

　　為了明確掌握有限元分析與試驗(yàn)的符合情況，將兩者的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)下表1。通過(guò)表1可以看出：試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果差別很小，說(shuō)明仿真分析結(jié)果有較高的可信度，因此可以通過(guò)有限元仿真的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。

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　　4.2 設(shè)計(jì)修改及驗(yàn)證分析

　　從上述試驗(yàn)和分析可以看出：后視鏡抖動(dòng)的主要原因在于垂直振動(dòng)的頻率較低，提高該模態(tài)的頻率值是本次修改的重要目標(biāo)。利用Hyper study的優(yōu)化分析以及類(lèi)似后視鏡的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)因素對(duì)計(jì)算結(jié)果有重要影響[3]：第一，三角座(見(jiàn)圖5)的材料屬性對(duì)模態(tài)影響較大，該零件的材料為PA6，彈性模量較小，通過(guò)與供應(yīng)商聯(lián)系確認(rèn)，可通過(guò)增加玻璃纖維(GF)與金屬粉(MD)來(lái)提高材料的彈性模量，進(jìn)而提高后視鏡的模態(tài)頻率。

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　　圖5 后視鏡三角架

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　　圖6 后視鏡修改前后結(jié)構(gòu)對(duì)比

　　第二，后視鏡內(nèi)部玻璃支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響，該支架僅與后視鏡外殼進(jìn)行連接(見(jiàn)圖6(a))，沒(méi)有與三角支架連接，而且該支架質(zhì)量較大造成后視鏡重心總體偏向外側(cè)，形成類(lèi)似懸臂梁的結(jié)構(gòu)，使后視鏡更易于發(fā)生振動(dòng)。為此，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，修改后的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6(b)。

　　完成上述修改，重新建模進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果見(jiàn)下表2。從表2中可以看出修改后的第一階上下振動(dòng)頻率提高到了34.24Hz，而第二階前后振動(dòng)頻率也增加到40.53Hz，有效避開(kāi)了激勵(lì)源的共振頻率，基本滿足設(shè)計(jì)要求。該款車(chē)在隨后的路試中，后視鏡沒(méi)有出現(xiàn)抖動(dòng)的情況，說(shuō)明上述修改效果確實(shí)有效。

　　表2 修改前后的后視鏡有限元分析結(jié)果

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　　5 分析與結(jié)論

　　針對(duì)國(guó)內(nèi)某款車(chē)出現(xiàn)后視鏡抖動(dòng)的情況，通過(guò)試驗(yàn)找到了抖動(dòng)的原因。為了快速的找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷及改進(jìn)的方法，通過(guò)在Hypermesh中建立有限元模型，并通過(guò)RADIOSS進(jìn)行了多次分析，找到了后視鏡抖動(dòng)的設(shè)計(jì)缺陷，并從修改零件材料和零件結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行了修改，修改后的后視鏡沒(méi)有出現(xiàn)抖動(dòng)的情況，這為解決后視鏡抖動(dòng)提供了一種解決方法。

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