张力_安全气囊碰撞传感器安装点频率响应分析与优化
华南师范大学研究生处-职称外语免试条件
Altair 2013技术大会论文集
安全气囊碰撞传感器安装点频率响应分析与优化
Analysis and
Optimization of Frequency Response
for Airbag
Impact Sensor Fixing Point
张力 李翠霞 雷应锋
（长安汽车北京研究院 北京 100195）
摘 要：
汽车安全气囊碰
撞传感器的作用是检测碰撞加速度信号，供ECU控制单元判断和控制气囊
起爆。为防止安全气囊误爆，
避免不必要的损失，必须将传感器安装点的共振频率响应控制在要求
的范围内。本文利用HyperMe
sh软件建立某车型侧碰传感器安装点频率响应分析模型；然后计算其
频率响应曲线并找出频率响应差的
内在原因，提出了若干改进方案；最后经过CAE分析和实车试验，
验证了优化方案是可行的。
关键词:
HyperMesh 安全气囊 碰撞传感器 频率响应
Abstract:
The function of automobile
airbag impact sensor is to detect the acceleration
signal in
impact, which can be used for
judging and controlling the explosion of airbag by
ECU cell. As to
avert the airbag error
explosion and avoid unnecessary loss, the sensor
fixing point FR must be
restrained in the
required range. A FR analysis model for side
impact sensor fixing point is
modeled in this
paper by using HyperMesh software. Then the sensor
fixing point FR curve is
computed, the
internal reason of resonance FR is found out, and
some improvements are made.
One optimization
is proved viable by CAE analysis and practical
trial in the end.
Key words:
HyperMesh,
airbag, impact sensor, FR
1 概述
汽车侧面碰撞
传感器的主要作用是检测车身上侧面碰撞传感器安装位置处的加速度信号，并将
信号发送至安全气囊EC
U控制单元，由ECU识别加速度信号，并判断是否需要点火。汽车在行驶
过程中会受到发动机、变速器
、传动轴和道路等内部和外界的激励，这些激励的范围覆盖从低频到
中高频的几乎所有频率。受内部和外
界激励的作用，侧碰传感器安装点有共振的可能。当发生共振
时，安装点会出现较大的振幅，此时侧碰传
感器采集到的异常加速度信号会传递给安全气囊ECU，
当安全气囊ECU误认为达到碰撞减速度阀值时
，会导致安全气囊的误爆，给乘客人身安全和财产带
来不必要的损失
[1]
。因此，要
避免安全气囊误爆，就必须想办法控制侧碰传感器安装点的共振程度，
使其符合传感器厂家的要求。
2 共振分析原理
共振程度的判定依据是侧碰传感器安装点的声惯量（Inert
ance）曲线水平，判断标准如下图所
示。
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图1 共振程度判定标准
侧碰传感器厂家要求传感器安装点共振频率要达到500Hz以上。根据上图，侧碰传感器安
装点
声惯量峰值点频率值取声惯量曲线与上限判定曲线相交后的第一个峰值点频率，声惯量曲线全部在<
br>上限判定曲线以下或峰值点频率在500Hz以上，结果是可接受的；峰值点频率在500Hz以下，结<
br>果不满足要求。
根据声惯量的定义：声惯量（频域放大比）=频域响应加速度（gH
z）频域激励信号（NHz），
可知，声惯量曲线即是对传感器安装点施加单位激励而产生的安装点加速
度频率响应特性曲线。于
是，侧碰传感器安装点共振控制问题可以转化成安装点加速度频率响应特性曲线
的分析优化问题。
3 频率响应分析与优化
3.1 分析模型的建立
为缩短分析计算时间，利用已有基于HyperMesh所建立的白车身有限元模型，截取部分车体进
行
侧碰传感器安装点模态频率响应计算，模型如下图所示。
侧碰传感器
安装点
图2 侧碰传感器安装点频率响应分析模型
整个分析模型中共有88266个结点，85350个单元。
边界条件：约束前地板与前围板
搭接处、前地板中截面、后地板前断面以及B柱上断面等处的
节点的6个自由度；
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载荷工况：在B柱内板侧碰传感器安装点处施加Y向、大小为1N的频变激励载荷。
3.2 传感器安装点声惯量计算
将侧碰传感器安装点加速度频率响应分析模型导出，提交至
软件计算传感器安装点加速度响应
曲线，在HyperView中处理结果如图4-1所示。从图4-1
中可以看出侧碰传感器安装点加速度响应
峰值点频率在332Hz，与传感器厂家规定的500Hz以上
的要求有不少差距，需要优化提升。
图3 原始结构侧碰传感器安装点加速度响应曲线
3.3 优化方案及CAE验证
对于结构共振频率偏低的原因，一般认为是结构的
刚度较弱导致，这点通过模态计算考察结构
模态振型可以体现出来。根据传感器安装点加速度频率响应分
析结果，对原始模型进行模态分析发
现，330Hz左右时模型中B柱下内板上安全带卷收器安装位置处
振幅较大，从而带动侧碰传感器安
装点位置共振，因此影响侧碰传感器安装点频率响应曲线的主要原因是
B柱下内板上安全带卷收器
所在位置的Y向刚度，由此提出三种改进方案，如图4、5、6所示。
B柱下内板
方案一 B柱内板螺接B柱下内板
图4 改进方案一结构图
图5 改进方案二结构图
B柱内板加强件
方案二 B柱内板焊接B柱内板加强件
后，再螺接B柱下内板
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图6 改进方案三结构图
分别对三种改进方案状态下的模型进行传感器安装点频率响应计算，结果曲线如图7所示。
方案三 在方案一基础上，用螺栓连接
B柱下内板与安全带卷收器安装支架
安全带卷收器安
装支架
图7 三种改进方案与原始结构安装点频率响应曲线对比
各改进方案与原状态下模型侧碰传感器安装点频率响应计算结果如表1所示。
表1 侧碰传感器安装点频率响应峰值点结果对比表
车体状态
初始
方案一
方案二
方案三
峰值点频率（Hz）
①
332
② 404
③ 317
④ 564
峰值点响应（g）
1.79
1.38
1.85
1.82
评价结果
不满足要求
不满足要求
不满足要求
可接受
由上述分析计算结
果可知，方案三满足要求：在500Hz以内，侧碰传感器安装点频率响应曲线
均分布在判定曲线上限以
下，而且峰值点频率也在500Hz以上。最后将方案具体化，以便能工程实
现。
4 试验验证
此阶段工作主要是具体实施改制后的车体实车试验，跟踪试验进展，对比试验结
果与CAE分析
结果，验证改进方案的最终效果。下图为实车试验和侧碰传感器布置图。
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图8
实车试验及传感器布置
采集左侧碰撞传感器安装点的加速度信号，对其进行处理后得到试验结果曲线见图9。
图9 实车试验得到的传感器安装点频率响应曲线
在要求的频率范围内，实测响应
曲线均处于判定曲线上限以下，结果满足侧碰传感器厂家的要
求。将实测曲线与CAE仿真曲线进行对比
后发现，在CAE仿真曲线全部频率范围内，两者一致性
较好，这也证明了CAE仿真手段的可行性。
5 结论
本文利用HyperWorks的高效前后处理器功能，对某车型B柱侧
碰传感器安装点位置进行了频
率响应分析与优化。这对于需要对碰撞传感器安装点共振水平进行控制的汽
车早期设计阶段的性能
管控具有十分重要的参考价值。同时，这也体现了CAE分析手段在产品设计中具
有提高设计效率和
节约试验成本的优点。
6 参考文献
[1]
谭东升，李志强，李晓晨. 汽车安全气囊ECU支架优化设计[C].
Nastran用户论文集，2005，
126-132.
[2] HyperWorks
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