1 概述
車外后視鏡是汽車主動安全的重要裝置之一，是駕駛員獲取汽車兩側和后方等外部環境信息的工具，也是保證汽車行駛安全的重要工具。在汽車行駛過程中，路面激勵、發動機和傳動系統的振動都會引起車身振動，可能造成后視鏡不同程度的抖動。嚴重的抖動會造成后方視野不清，導致駕駛員因判斷失誤進而引發交通事故。根據文獻統計，我國因后視鏡設計制造缺陷造成的交通事故占交通事故總數的30%，而美國所占比例為20%，尤其在高速公路上，此比例高達70%。因此，后視鏡除了滿足有關法規和標準要求，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態特性。
2 問題的提出
在國內某一款乘用車的道路實驗過程中發現：后視鏡不僅在怠速工況下發生嚴重抖動，并且在高速行駛和粗糙路面上行駛也有明顯的抖動。使駕駛員觀察視野模糊，不僅易造成駕駛員視力疲勞，而且無法及時準確的判斷兩側和后方的情況，存在較大的安全隱患。本文針對此問題進行了分析和改進。
3 實驗模態分析
為了獲取后視鏡的真實工作狀況，在整車上進行試驗，測試后視鏡的動態特性時采用錘擊激勵。實驗的數據采集前端采用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，數據分析處理軟件采用Test.LAB 9等進行實驗。
傳感器的布置位置見圖1
圖1 后視鏡傳感器布置位置
數據采集截止頻率為512Hz，頻率分辨率為0.5Hz，通過分析可得到如下結果：
圖2 后視鏡模態計算結果
從試驗結果看出，后視鏡的模態頻率偏低，很容易被發動機、傳動系統以及路面所激勵，是導致后視鏡抖動的重要原因。
4 后視鏡數值模擬分析
針對本款車出現的后視鏡抖動的問題，如果單純采用試驗方法尋求問題的成因會困難、而且耗時。為了快速找出結構的設計缺陷并提出修改建議，本文采用仿真模擬方法，對后視鏡結構進行結構模態分析，檢查找出結構中存在的問題，提出涉及更改建議。
4.1 有限元模型的建立
為了使后視鏡模態分析在接近于實際情況的條件下進行，采用后視鏡安裝在前門的狀態下進行分析，后視鏡及前門的有限元模型是在HyperMesh中完成的，在有限元模型中，采用四面體單元TETRA4，鈑金件的單元劃分以四邊形單元CQUAD4為主，過渡單元用三角形單元CTRIA3，并控制在3%內，鉸鏈軸采用RBE2單元進行模擬，焊點采用CWELD單元進行模擬、膠采用實體單元進行模擬。有限元模型如圖3所示：
圖3 后視鏡及側門的有限元模型
圖4 后視鏡的模態有限元分析結果
有限元模型完成后，再分別賦予材料屬性，并對模型施加約束條件，約束按照車門的實際工作狀態處理，約束門鎖與鉸鏈處的三個方向的平動自由度，另外再約束側門與側圍接觸部位的Y向平動自由度，當這些設置完成以后，然后提交RADIOSS進行計算。計算結果如下圖4。
為了明確掌握有限元分析與試驗的符合情況，將兩者的結果進行了對比，見下表1。通過表1可以看出：試驗結果與有限元分析結果差別很小，說明仿真分析結果有較高的可信度，因此可以通過有限元仿真的方法，實現對結構的改進。
4.2 設計修改及驗證分析
從上述試驗和分析可以看出：后視鏡抖動的主要原因在于垂直振動的頻率較低，提高該模態的頻率值是本次修改的重要目標。利用Hyper study的優化分析以及類似后視鏡的結構發現，兩個因素對計算結果有重要影響[3]：第一，三角座（見圖5）的材料屬性對模態影響較大，該零件的材料為PA6，彈性模量較小，通過與供應商聯系確認，可通過增加玻璃纖維（GF）與金屬粉（MD）來提高材料的彈性模量，進而提高后視鏡的模態頻率。
圖5 后視鏡三角架
圖6 后視鏡修改前后結構對比
第二，后視鏡內部玻璃支架結構特點的影響，該支架僅與后視鏡外殼進行連接（見圖6（a）），沒有與三角支架連接，而且該支架質量較大造成后視鏡重心總體偏向外側，形成類似懸臂梁的結構，使后視鏡更易于發生振動。為此，對該結構進行了修改，修改后的結構見圖6（b）。
完成上述修改，重新建模進行有限元分析，分析結果見下表2。從表2中可以看出修改后的第一階上下振動頻率提高到了34.24Hz，而第二階前后振動頻率也增加到40.53Hz，有效避開了激勵源的共振頻率，基本滿足設計要求。該款車在隨后的路試中，后視鏡沒有出現抖動的情況，說明上述修改效果確實有效。
表2 修改前后的后視鏡有限元分析結果
5 分析與結論
針對國內某款車出現后視鏡抖動的情況，通過試驗找到了抖動的原因。為了快速的找到結構設計的缺陷及改進的方法，通過在Hypermesh中建立有限元模型，并通過RADIOSS進行了多次分析，找到了后視鏡抖動的設計缺陷，并從修改零件材料和零件結構的角度進行了修改，修改后的后視鏡沒有出現抖動的情況，這為解決后視鏡抖動提供了一種解決方法。