汽车仪表板异响仿真优化及试验研究

汽车仪表板异响仿真优化及试验研究

温贵奖 赵丽娟 覃斌

佛吉亚（柳州）汽车内饰系统有限公司 广西 柳州 545616

摘要：仪表板作为整车内饰中的重要组成部分，其异响性能直接影响着乘客对汽车品质的印象，当其相邻部件在激励下产生相对移动时，可能引起摩擦异响与敲击异响（Squeakandrattle,S&R）。为了在产品开发前期预防异响问题，一些学者总结出系统的异响分析方法，如对结构模态、刚度、灵敏度的控制。甘志常认为仪表板模态频率如果与发动机怠速激励频率重合，将因振动产生异响。在开发前期须对仪表板系统进行模态优化工作，并进行了相关的模态试验。郭佑民等对仪表板进行了模态、灵敏度分析，并对比了道路、四通道主观评价结果，展示了一套系统性的仪表板异响问题评估与优化设计方法。

关键词：声学；仪表板；异响

引言

现如今，汽车已经作为人们生活交往的日常工具。汽车的使用也越来越普及，寻常百姓对汽车的需求也越来越大。而对汽车的要求也越来越严格，不仅要汽车的质量达到较高的标准，还对汽车的外观提出了要求。

1仪表板系统简述

仪表板系统通常包含仪表板总成、副仪表板总成、仪表管梁等零部件。其中仪表板总成主要包含仪表板骨架、组合仪表、仪表线束、风道系统、多媒体、出风口、控制面板、杂物箱、除霜格栅等零件。

副仪表板总成主要包含换挡器、换挡面板、水杯架、后排风道、USB盒、副仪表板面板、副仪表板后端盖板等零件。仪表板、副仪表板集成了大量的零部件，因此很容易产生仪表板异响且排查难度较大。

仪表板系统由于其自身所处的特殊位置，不仅要体现车辆最基本的行驶信息，而且还要考虑仪表板左/右出风口的调节方式、音响的布置位置、氛围灯的控制方式等，除此之外，出于安全的考虑，仪表板主、副驾区域需要配置安全气囊。因此，仪表板系统非常复杂，它是集功能性、安全性、舒适性、装饰性于一体的零部件系统。

2仪表板异响仿真分析

采用HyperWorksSnRD平台进行异响分析，该平台可自动从OptiStruct求解器得到的结果文件中判断出异响的危险点，简化了从模型创建到结果可视化的整个异响仿真流程。

2.1仪表板异响仿真模型

本文分析的异响仿真模型为带仪表板系统的整备车身模型，其中仪表板系统包含仪表板总成、副仪表板总成、仪表板横梁总成等。

首先确定敲击异响分析的重点关注部位，例如，硬质材料与硬质材料相互碰撞可能产生敲击声。然后采用HyperWorks的SnRD模块对仪表板所关注的各间隙建立E-line，同时获取相邻部件的DTS数据，即间隙和公差，以便后处理时直接与相对位移对比。如IP23为检修口与驾驶下饰板边界，间隙值为1.5mm，公差为0.5mm。IP25一键启动面板与驾驶下饰板边界，间隙值为0.5mm，公差值为0.5mm。

每条E-line由CBUSH单元和RBE3单元连接的节点对组成。为了使计算出的相对位移更符合实际，对每个节点对建立局部坐标系，定义接触平面为XY平面，接触面的法向为Z向，分析敲击异响时，CBUSH单元在局部坐标X、Y、Z向的刚度值均设置为0。

2.2路谱采集

在试验场典型路面进行实车载荷采集，对每个车身减震器安装点测取XYZ三向加速度信号，然后进行滤波迭代等处理，得到在有限元模型中加载的时域强迫位移信号。位移信号的加载点为有限元模型中的减震器安装点。SnRD模块会在加载点处自动生成SPC和SPCD两种约束，此时需要将SPC下的约束变为全约束，SPCD下的约束方向为加载方向，选择XYZ向加载。

2.3求解设置

本次异响分析需要设置两个工况，一个工况为模态求解，另一个工况为时域内的频率响应计算。设置求解频率范围0Hz～80Hz。设置输出响应类型为节点位移。

前处理完成后，提交OptiStruct求解器计算。计算完成后将结果文件导入HyperView进行后处理。

3汽车仪表板的制造工艺

3.1注塑工艺

所谓的住宿工艺就是在施工的时候在注塑机力加一些干燥的塑料粒子，通过螺杆进行相应的剪切工作，在到料筒中进行加热溶解，最后将其冷动成型。而这种注塑加工的工艺在汽车仪表板中是较为常见的应用较为广泛的一种加工工艺。可以通过这种方法制造出一些软式仪表板及硬塑仪表板等相关的零部件。

3.2真空热成型工艺

所谓的真空热成型工艺就是运用一些处理后的聚氯乙烯或是热塑性聚烯烃材料进行在加工的一种加工方法。而这种工艺主要是运用在一些软质的汽车仪表板的表皮中，将表皮材料进行加热，直至到玻璃点的软化温度，再将气体注入到密闭的空间内，让其可以实现拉伸，拉伸以后在将其放在控温的设备中将其进行冷却作业，从一系列环节中得到最终产品。而真空热成型又有两种形式，一种是阳膜真空成型，一种是阴模真空成型，而阴模真空成型工艺则是将表皮表纹的成型在模具力，是成品不会受到拉伸的因素，让成品的外观达到最好。

4汽车仪表板侧盖板有限元仿真结果

4.1传统汽车仪表板侧盖板有限元仿真结果

汽车仪表板侧盖板通过4个卡扣与仪表板的主体进行连接，其主要固定约束的位置为与汽车仪表板主体之间接触的位置，已知pp材质的抗拉强度极限为30Mpa，载荷作用在侧盖板的方向与侧盖板的表面是垂直的，载荷的大小约为180N，其变形大小要求低于3mm。边界条件设置完成之后，对汽车仪表板侧盖板进行求解，可知，传统汽车仪表板侧盖板的最大应力为28.56M，最大应力分布在两个圆孔位置，最小应力为3.17Mpa，最小应力分布在侧盖板的下支撑部分。虽然此时的最大应力还有达到抗拉屈服极限，但是已经非常接近抗拉屈服极限值，有较大的磨损和断裂的失效风险。可知，传统汽车仪表板侧盖板的最大变形为0.26mm，最大变形分布在侧盖板的中心区域，最小变形为0.02mm，最小变形分布在侧盖板的下支撑部分。虽然此时的最大变形还有达到变形值极限，但是已经非常接近变形值限值，依然有较大的磨损和断裂的失效风险。

4.2优化后汽车仪表板侧盖板有限元仿真结果

为了改善汽车仪表板侧盖板的应力集中和变形的情况，根据多年的实践经验，对汽车仪表板侧盖板的结构进行了优化，在内部优化设计了两个加强筋，优化后的侧盖板应力仿真云图可知，优化后汽车仪表板侧盖板的最大应力为15.33M，最大应力分布在固定板边缘处，最小应力为1.53Mpa，最小应力分布在侧盖板的下支撑部分。此时的最大应力相对较小，具有较大的安全系数，不易出现磨损和断裂的失效风险。

可知，优化后汽车仪表板侧盖板的最大变形为0.17mm，最大变形分布在侧盖板的中心区域，最小变形为0.01mm，最小变形分布在侧盖板的下支撑部分。此时的最大变形值较小，不易出现磨损和断裂的失效风险。

结语

仪表板系统是整车中非常复杂的一个零部件系统，对于仪表板异响问题，需要长期经验的积累才能解决，没有捷径可言。与此同时，只有把这些经验和方法运用到产品设计、过程开发及生产装配各个环节，才能有效解决仪表板异响问题，才能不断提高整车的NVH性能，才能给客户提供一个安静舒适的乘车环境。

参考文献

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

[2]申超，彭宇明，杨明亮，等.基于台架试验的汽车座椅异响评价方法探究[J].噪声与振动控制，2017，37（3）：101-106.

[3]张修乾.基于人机工程学的汽车驾驶室内仪表板的数字化参数优化设计[J].科学技术与工程，2018，18（12）：229–234.