基于某車型提升右懸置動剛度的車身結構優化設計

吳志佳 楊金秀 鐘建強 呂奉陽

廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院 廣東省廣州市 511434

1 引言

隨著汽車工業的迅速發展，消費者對轎車的要求越來越嚴格，轎車的NVH性能在消費者中也越來越受重視[1]。白車身關鍵點動剛度對車身的振動和疲勞破壞有重要的影響，如果該處動剛度不足會導致轎車發動機在某頻率加速產生轟鳴等現象，更是影響消費者的舒適性體驗[2]。眾所周知，導致汽車產生某頻段加速轟鳴現象的原因是振源通過車身傳遞路徑傳給接受者；而源頭為發動機加速噪音和路面激勵等不易控制，所以通過設計優化傳遞路徑中的車身結構是提高NVH性能的重要方法[3]。

本文對某款車型發動機在加速到某轉速時出現轟鳴的現象進行分析。發現車身結構剛度不足使得右懸置安裝點動剛度不足，這導致了加速轟鳴的現象。因此基于CAE分析模擬計算了對標的幾款車型的車身結構，分別分析得到其懸置的等效動剛度，得到不同的車身結構對懸置動剛度的影響大小。進而對該款車型的發動機懸置附近的車身結構重新設計，多次分析得到最佳方案解決了發動機動剛度不足的問題，成功解決了加速轟鳴的現象，提升了NVH性能。

2 問題描述

本文的計算模型為某款車型整備車身，要分析的右懸置安裝點耦合點相關數模及裝配關系如圖1所示。發動機懸置有一個點連接在上懸置支架上，兩個點連接在下懸置支架上。其中上懸置支架焊接在前輪罩上，下懸置支架與前輪罩和縱梁焊接。

圖1 汽車車身系統CAN總線結構圖

建模后在Hypermesh軟件里進行前處理，分別施加激勵在X、Y、Z三個方向上進行分析，得出結果如表1所示，發現其在相應頻率里Y向動剛度沒有達到目標要求的10000N/mm。對車身模態計算發現在右懸置安裝區域有較大的應變變形，初步判斷該處車身結構剛度不足或剛度連接不足導致懸置動剛度不足的結果，尤其是Y向剛度的連接。

3 對標車型分析

3.1 對標車型動剛度計算及分析

經過分析發現懸置動剛度不足的原因是該區域車身結構剛度不足，那么本節將對標幾款已有車型，分別對其懸置動剛度進行分析計算。本文選取A、B、C三款車型進行數模建立，分別施加激勵在X、Y、Z三個方向上進行分析，得到對標車數據和本車型一起的Y向動剛度如圖2所示。由于C車型Y向動剛度未達到目標值10000N/mm，本文將不對其做分析，下面將對A、C兩款車型進行該區域車身結構分析。

對A、C兩款車型右懸置區域的車身結構分析，分析發現這兩款車型有不同的結構優勢來滿足Y向動剛度的要求。如圖3所示，A車型右懸置車身結構有以下優勢：（1）輪罩前段設計Y向橫向支撐支架1，可很好的提高Y向動剛度。（2）輪罩厚度1.5mm，通過增加輪罩厚度來支撐懸置安裝點

如圖4所示，B車型右懸置車身結構有以下優勢：（1）輪罩前端延伸尺寸大，輪罩前端延伸已到縱梁前端，大大增大了Y向接觸面積；（2）輪罩前段設計Y向橫向支撐支架6，且厚度為2.0mm；

表1 右懸置等效動剛度數據

圖2 不同車型的Y向動剛度

圖3 A車型右懸置車身結構圖

圖4 C車型右懸置車身結構圖

綜上所述，通過對標車型右懸置區域車身結構分析，本文從以下三方面進行結構優化設計來提高該車型的懸置動剛度。

（1）輪罩前段增加Y向支撐.

（2）延長輪罩前部的尺寸。

（3）增加輪罩前段厚度。

4 某款車型的車身結構優化

基于上節所得，本節進行該車型的懸置安裝點區域的車身結構優化設計。

步驟一：利用延長輪罩前部的尺寸方法設計新的車身結構。如圖6所示，在右前輪罩前段增加一個新增件結構，該結構厚度1.8mm。用新的車身結構重新加載激勵進行CAE分析，其等效動剛度為8011N/mm，還未滿足要求，需要再設計。

步驟二：利用增加Y向支撐的方法設計新的結構，與輪罩Y向連接的車身結構有上邊梁，因此，在步驟一中車身結構的基礎上把上邊梁的厚度從原來的0.8mm提高到1.2mm，如圖7所示；分析得到等效動剛度為9159N/mm，還是無法滿足要求，需要進一步優化設計。

步驟三：之前的方法均有明顯的效果提升，本文利用輪罩分件的方法進行車身結構再設計，首先把原來的輪罩從懸置安裝支架處分割成兩部分，分割后的輪罩后段保持1.2mm厚度不變，分割后的輪罩前段由原來的1.2mm增加到1.8mm。并且把輪罩前段與步驟一中新增的支架結合并優化設計為一個件，如圖8所示。分析得到等效動剛度為10130N/mm，滿足要求。

圖6 步驟一右懸置車身結構圖

圖7 步驟二右懸置車身結構圖

圖8 步驟三右懸置車身結構圖

圖9 三次優化的IPI曲線圖

分別得到0-200Hz內的原始方案和三次優化的IPI曲線如圖9所示。從圖中可以看出經過優化后右懸置動剛度得到了明顯的改善。優化后車身結構滿足了等效動剛度要求，解決了轎車加速轟鳴的現象。

5 結語

某款車型因車身結構不足導致右懸置安裝點動剛度不足，進而使的發動機在某一頻率加速時產生轟鳴現象。本文基于此現象對標了幾款車身結構性能較高的車型后，對某款車型的車身結構進行了優化設計，通過延長輪罩前部尺寸、增加上邊梁厚度和前輪罩分件后增加厚度這三種方法把Y向動剛度由原來的5475N/mm提高到了10130N/mm，滿足了要求，對后續該處車身結構設計具有指導意義。