10.16638/jki.1671-7988.2017.17.050
汪小朋，岳涛，李强，汪东斌
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：文章针对侧面安全气囊有时产生误爆的现象，对其安装点位置结构进行优化选择，分别运用理论分析和试验得到频响曲线，经与安装点动态特性要求曲线对比，发现在400～490Hz超出标准线，在440Hz出现较大的峰值。于是对安装位置进行改进，提高结构刚度，再次对其进行频响分析和试验，其频响特性满足要求。经碰撞试验，消除了气囊误爆的风险，频响分析技术为公司车型开发提供了支撑。
关键词：频响分析；侧碰传感器；误爆；动刚度
中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)17-133-03
Analysis and Optimization of Vechicle Side Impact Sensor Installation Locations
Wang Xiaopeng, Yue Tao, Li Qiang, Wang Dongbin
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )
Abstract: This paper for side airbag sometimes mistaken detonation phenomenon, the installation location structure were optimized, respectively by theoretical analysis and experimental response curves, with the installation point dynamic characteristics curve comparison, found in the 400 ~ 490Hz beyond the standard line, in 440Hz appear larger peak. So on the installation position is improved, improve the stiffness of the structure again the of frequency response analysis and test, the frequency response characteristics meet the requirements. The crash test, eliminating the risk of airbag abusing, frequency response analysis technology provides support for the company's development models.
Keywords: Frequency response; Side impact sensor; mistaken detonation; Dynamic stiffness
CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)17-133-03
引言
随着汽车保有量迅速增长，车辆的安全性能越来越受到人们的关注。安全气囊是现代汽车被动安全系统里的重要部件。如果碰撞传感器安装点选择不当，就会影响气囊起爆时间而影响气囊对乘员的保护效果，
有可能在汽车正常行驶时由于颠簸振动引爆气囊。传感器安装位置的动态刚度对于传感器在碰撞过程中感受信号有极大的影响。当安装位置的动刚度较低时，碰撞过程中局部会发生严重振动，如果振动的频率在传感器感应的频率范围内，则将无法区分振动信号和实际的碰撞信号，这就可能影响气囊的点火判断，严重时会发生在正常行驶时，由于共振而引起气囊的误点火。因此，为防止误爆引发纠纷事件，对传感器安装部位的动态特性提出了更高的要求[1]。
江淮某款车型采用的是大陆侧碰传感器，安装在车身B 柱、纵梁等部位，要求安装部位在汽车非碰撞情况下，0～500Hz范围内的激励不能产生共振，即频响曲线不能有峰值。本文利用MSC Nastran有限元分析软件，进行频响分析与试验，到峰值原因，通过改变侧碰传感器安装的位置，得到符合设计要求的安装点，通过试验验证，消除了气囊误爆的风险。
作者简介：汪小朋，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。
汽车实用技术
134 2017年第17期1 频响分析基本理论
结构在动力载荷作用下，产生的响应有位移、速度或加
速度三个运动量。因而，机械阻抗（导纳）有六种表示形式，
即位移阻抗（导纳），速度阻抗（导纳），加速度阻抗（导纳），
而同一系统这六种函数又是相互联系的。
在车身结构激励点动刚度设计中经常涉及两种函数即位
移阻抗函数和加速度导纳函数。位移阻抗即为动刚度
（Dynamic stiffness），其物理含义是指引起单位位移量所需
要的动态力，用于衡量结构抵抗预定动态激扰能力的特性。
另外一个常常用到的概念是加速度导纳函数（IPI（Input Point
Inertance）），其物理意义是单位激振力所产生的加速度量。
两者之间的关系存在着积分倒数的关系，动刚度越大，相应
的加速度导纳越小，两者是同一事物不同的表达。
动刚度分析属于频率响应分析，它是用来计算结构在稳
态振动激励下响应的方法，在频率响应分析中，激励载荷在
频域中显式定义，对于每一个加载频率外载都是已知的。在
频率响应分析中，有两种不同的数值方法供选择，直接法和
模态法。通常，大模型采用模态频率响应法计算更为高效。
研究振动系统通常取其强迫振动时频率响应函数的幅
值，即系统的幅频特性进行研究和评价。单自由度系统在简
谐激振作用下的运动微分方程写成指数形式为：
（1）
其中，m为质量，c为阻尼系数，k为刚度，F为激振力
幅值，ω为强迫振动圆频率。假设，带入运动微分
方程可得其强迫振动解：
（2）
可以看出，强迫振动位移与激振力幅值成正比，令比例
因子：
（3）
其中
，，称为单自由度振动系统位
移输出对力输入的频率响应函数，也称为位移导纳函数。对
位移导纳函数求二次导即得加速度导纳函数。通过分析，可
以比较清晰地到每个接触点在考察频域范围内的局部响应
峰值，再通过峰值频率点的响应分析，到结构设计的薄弱
点，结构频率响应分析所考察的正是加速度导纳，即考察点
的加速度响应量与作用力的复数比值[2]。
2 建模分析及准确性验证
2.1 评价标准
对侧碰传感器及其安装点的性能要求，采用大陆公司的
标准。该标准给出了安装点动态响应加速度导纳峰值曲线。
对频率0～500Hz范围内的激励不能产生共振，即加速度导纳
峰值不超过标准线，如图1所示。
图1 加速度导纳曲线评价标准
2.2 分析模型及边界条件
对白车身焊点采用ACM单元模拟，螺栓和二保焊均用刚
性单元RBE2模拟，正确的给单元赋予材料属性，包括弹性模
量、泊松比、密度。在传感器安装部位，对网格进行细化处
理，以保证计算的精度，利用整车模型进行中、高频(100～
500Hz)动刚度分析需要花费大量资源和求解时间，因此本文
截断的为白车身部分模型，截取部位采用约束[3]，如图2所
示。
图2 有限元模型
建立好车身有限元模型后，需要在传感器安装部位施加
单位载荷，获得传感器安装点的加速度曲线，考虑到碰撞传
感器的特性，频率取0~500 Hz，施加载荷沿整车Y向(横向)，
最后利用Nastran软件完成计算。
2.3 准确性验证
根据提供的碰撞传感器的性能要求，其安装点区域动态
响应曲线在0-500 Hz范围内不能产生较大的共振，不超过标
准线，而由仿真结果可见，在400~490Hz超出评价标准线，
在440Hz出现较大的峰值，不满足设计要求。
图3 传感器安装位置频响曲线
为了验证仿真精度，在试验室内进行安装部位的锤击试
验，以得到实际的频响曲线，用带有塑料头的力锤敲击沿整
车Y轴方向作用，图4为试验示意图，仿真试验结果如图5
所示。
汪小朋等：某车型侧碰传感器安装位置分析与优化135 2017年第17期
图4 锤击试验示意图图5 仿真与试验频响曲线对比
由图5可知，仿真与试验结果曲线趋势一致性较好，精
度满足要求，安装位置频响曲线较差，超出了标准曲线，且
在440Hz处产生较大的共振，说明侧碰传感器安装位置结构
的远远不能满足要求。
3 优化方案制定
3.1 优化方案
经过分析发现，产生上述现象的原因可能是侧碰传感器
安装点局部动刚度低所致，使得在频率范围内没有达到动态
特性要求，应对安装部位结构予以加强。由于此时车体结构
已经定型，考虑到模具成本，B柱结构不便改变，经过可行
性分析，从整体角度提出两套方案[4]：
（1）选择在B柱内侧增加一个1.5mm厚的加强板，通过
焊接的方式和安装的部位连接，为连接方便，加强板的结构
形状参考安装位置的形状，如图6。
图6 方案1（增加加强板）
（2）更换安装点位置。将安装点位置由B柱移至门槛位
置，如图7。
图7 方案2（更换安装点位置）
3.2 优化方案分析
优化方案分析结果如图8所示，方案1相比改进前加速
度导纳曲线略有下降，仍不满足要求，方案2加速度导纳曲
线低于标准线，满足要求，需进一步经锤击试验验证。
图8 方案1、2分析结果
3.3 优化方案验证
对方案2做锤击试验，经测试改进后侧碰传感器安装点
法向动态特性在频率范围内达到标准要求。
图9 方案2仿真与试验结果
4 结论
安徽江淮汽车本文利用有限元对侧碰传感器安装点进行频率响应分
析，得到其动态特性，与试验结果一致性较好，并通过优化
改进传感器安装点位置，达到了安装的动态性能要求，消除
了气囊误爆的风险，频响分析技术为公司车型开发提供了支
撑。
参考文献
[1] 裴建杰，刘建伟.汽车侧碰传感器安装点频响分析与试验[J].燕山
大学学报,2011.11.第35卷第6期:508-511.
[2] 靳晓雄，张立军，江浩.汽车振动分析[M]，上海：同济大学出版
社,2002.
[3] 盛杰，谷海波.某车型侧碰传感器位置布置方法的研究[J].科技论
坛.2012.
[4] 毛凌丽，门永新，赵福全等.某轿车碰撞传感器安装点动态刚度仿
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2010.
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