汽车上外后视镜结构性能研究

摘要：国家标准及企业标准都对车上后视镜性能有一定的要求，不合格的后视镜设计会产生影响乘车人的视野清晰度等情况，造成安全隐患。本文阐述了用有限元方法对后视镜进行分析，在性能结果达不到标准的情况下，运用CAE分析进行优化设计，结合工程实际达到目标值要求。

1 概述

中华人民共和国汽车行业标准中定义后视镜，是一种能在规定视野内，映出后方清晰图像的装置（但不包括潜望镜这类复杂的光学系统）。一般由镜片、保持件、方向调节件、支架等组成。某车上后视镜的结构组成见图1。其安装位置多样，包括车门三角区、车门外蒙皮、车门A立柱、车门三角窗立柱等。GB15084-1994中规定了汽车后视镜的性能及安装要求。提到后视镜要有一定的“耐振性”，行驶中“镜片应保持原正常使用位置”。由于汽车行驶工况的复杂性，及随着车速变化引起的轮胎不平衡等等因素，使得传到后视镜的激励力在一个频率范围内变化，为了保证外后视镜的振动在国家及企业标准内，要对其固有频率进行控制，避免行驶中发生共振。企业对后视镜的设计规范中，要求进行固有频率测定。利用加速度传感器布置在后视镜及车身上，对后视镜施加激振打击，通过40通道模态信息采集器测定后视镜的固有频率。评定标准为，外后视镜固有频率必须大于等于40Hz。

图1 某车型外后视镜结构

本文应用通用有限元求解器计算外后视镜的模态值来评价其性能，目标值参照企业经验标准。

2 有限元建立与工况分析

通过Altair的前处理工具HyperMesh建立外后视镜的有限元模型，并进行材料属性的设置，约束条件以及分析工况的建立。

2.1 后视镜模型的建立

后视镜单体采用实体单元模拟，镜片调节器总成及镜片使用集中质量模拟，螺栓使用RBE2模拟，模型见图2示。后视镜各部件材料参数见表1。

图2 后视镜单体有限元模型

表1 后视镜材料参数

2.2 分析模型

我们将后视镜安装在车门上进行分析，本例为三个螺栓连接，见图3。

图3 分析模型

2.3 边界条件及工况设置

约束车门上锁芯123自由度，约束车门铰链123456自由度；使用有限元求解器对此模型进行模态分析。

3 分析结果

计算结果得到后视镜单体模态50Hz，安装在车门上为38.76Hz。其模态值达不到目标值要求，存在风险，需要进一步优化。

图4 分析结果

4 优化方案

优化方案可从改进后视镜单体结构及增加其与车门安装强度入手。

1） 将后视镜安装座增加加强筋的布置及筋的厚度。

图5 方案一

2）增加安装座的厚度。

图6 方案二

3）在镜盖与镜框、镜框与基板之间增加卡扣安装点。

图7 方案三

4）在车门上后视镜安装板增加如图示四个焊点，分别与内板及窗框连接。

图8 方案四

优化结果汇总见下表，经过优化，达到了目标值要求。

表2 后视镜优化结果汇总

5 结论

后视镜性能好坏关系到汽车的主动安全，对其的分析优化具有一定的实质性意义。 后视镜的优化方案主要从增强其结构刚度，特别是底座处的刚度对其影响较大；当后视镜单体模态较高时，进一步的优化要从增强与车门的安装处着手。

6 参考文献
[1] HyperWorks Help documents.
[2] 张胜兰 李楚琳 郑冬黎 郝琪编 《基于HyperWorks的结构优化设计技术》 机械工业出版社 2008