史雪妍 張?bào)K

（華晨汽車工程研究院）

動(dòng)剛度要求在動(dòng)載荷作用下構(gòu)件應(yīng)有足夠抵抗變形的能力。對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，車身動(dòng)剛度不足會(huì)對(duì)整車乘坐舒適性和車身結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命產(chǎn)生十分不利的影響[1]。動(dòng)剛度對(duì)車內(nèi)乘坐舒適性的影響主要體現(xiàn)在NVH。動(dòng)剛度不足易引起車身結(jié)構(gòu)的共振，繼而通過(guò)座椅、方向盤、后視鏡等傳遞振動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生車內(nèi)噪音，引起不適[2]。因此，對(duì)車身動(dòng)剛度提高的研究具有重要的意義。文章描述了某公司上市車型研發(fā)階段，車身后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足問(wèn)題的解決過(guò)程，對(duì)提高車身后輪罩動(dòng)剛度工作提供指導(dǎo)。

1 問(wèn)題描述

將后輪鑄鋁減振器骨架更改為鐵質(zhì)骨架，由于材質(zhì)更換導(dǎo)致質(zhì)量增加，引起車身后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度下降，Y 向低于目標(biāo)值5 000 N/mm。表1 為鑄鋁骨架的后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度。表2 為鐵質(zhì)骨架的后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度。

表1 鑄鋁骨架的后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度 N/mm

表2 鐵質(zhì)骨架的后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度 N/mm

2 解決過(guò)程

2.1 問(wèn)題分析

優(yōu)化過(guò)程中以汽車后輪罩結(jié)構(gòu)整體作為優(yōu)化對(duì)象，白車身右后輪罩結(jié)構(gòu)如圖1 所示。對(duì)車身模態(tài)計(jì)算發(fā)現(xiàn)在后減振器安裝點(diǎn)輪罩結(jié)構(gòu)區(qū)域有較大的應(yīng)變變形，初步判斷該處車身結(jié)構(gòu)剛度不足或剛度連接不足導(dǎo)致后減振器安裝點(diǎn)剛度較低，尤其是Y 向剛度的連接。因此，從3 個(gè)方面對(duì)后輪罩進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提高該車型后減振器安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度[3]：1）后輪罩結(jié)構(gòu)整體增加連接點(diǎn)；2）增加后減振器安裝板、外輪罩加強(qiáng)板尺寸；3）增加后輪罩整體加強(qiáng)筋高度，平緩急劇變化的結(jié)構(gòu)，以減少應(yīng)力集中，零件做翻邊設(shè)計(jì)。

圖1 白車身右后輪罩結(jié)構(gòu)

2.2 方案1

增強(qiáng)外輪罩、加強(qiáng)板與后減振器安裝板的連接，增加4 個(gè)焊點(diǎn)；優(yōu)化局部結(jié)構(gòu)，包括增加加強(qiáng)板筋的深度1 mm，平滑弧面結(jié)構(gòu)。更改對(duì)比如圖2 所示。

圖2 方案1 更改前后右側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖3 為更改前后右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度CAE 仿真對(duì)比曲線。其中藍(lán)色線為結(jié)構(gòu)更改前動(dòng)剛度計(jì)算結(jié)果曲線，紅色線為方案1 計(jì)算結(jié)果曲線。

通過(guò)曲線可知方案1 右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度結(jié)果下降。方案1 沒(méi)有提高動(dòng)剛度，故不采用該方案。

圖3 方案1 更改前后右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度CAE 仿真對(duì)比曲線

2.3 方案2

在方案1 的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)后減振器安裝板尺寸，并與外輪罩點(diǎn)焊連接；延長(zhǎng)內(nèi)輪罩外板加強(qiáng)板尺寸，使其下部與外輪罩點(diǎn)焊連接，增加焊點(diǎn)7 個(gè)。如圖4 所示。

圖4 方案2 更改前后右側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖5 為更改前后右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度CAE 仿真對(duì)比曲線。其中藍(lán)色線為結(jié)構(gòu)初始動(dòng)剛度計(jì)算結(jié)果曲線，綠色線為方案2 計(jì)算結(jié)果曲線，紅色線為過(guò)往車型相同狀態(tài)下該點(diǎn)計(jì)算結(jié)果曲線。結(jié)果顯示，Y向動(dòng)剛度在50～100 Hz、150～200 Hz 有提升，在100～150 Hz 提升微弱。因此不采用該方案。

圖5 方案2 更改前后右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度CAE 仿真對(duì)比曲線

2.4 方案3

在方案2 的基礎(chǔ)上，將減振器安裝板兩側(cè)，做約12 mm 的翻邊，增加焊點(diǎn)3 個(gè)，并更改局部形態(tài)，增加加強(qiáng)筋的深度4 mm，增大零件尺寸。更改對(duì)比如圖6所示。

圖7 為更改前后右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度CAE 仿真對(duì)比曲線。其中藍(lán)色線為結(jié)構(gòu)初始動(dòng)剛度計(jì)算結(jié)果曲線，綠色線為方案3 的計(jì)算結(jié)果曲線。表3 為方案3 的右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度。通過(guò)方案3，右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度提升約852 N/mm，提高23.8%，接近目標(biāo)值5 000 N/mm。

圖6 方案3 更改前后右側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖7 方案3 更改前后右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)Y 向動(dòng)剛度CAE 仿真對(duì)比曲線

表3 方案3 右側(cè)后減振器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度 N/mm

3 結(jié)論

文章基于某款車型因鋁減振器骨架更改為鐵骨架導(dǎo)致安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足問(wèn)題，對(duì)標(biāo)車身結(jié)構(gòu)性能較高的幾款車型，進(jìn)行以上3 個(gè)方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得出如下的結(jié)論：1）增加輪罩整體的結(jié)構(gòu)連結(jié)性，使整體更加緊密，能有效地將減振器帶來(lái)的振動(dòng)均勻傳遞到車身上，提高車身的剛度，繼而提高整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度；2）增大后減振器安裝板、外輪罩加強(qiáng)板尺寸，使其與車身側(cè)圍板連接，增大了后輪罩與側(cè)圍的接觸面積，利于力的傳遞；3）零件側(cè)翻邊能夠有效提高零件的剛度，在對(duì)于提高動(dòng)剛度問(wèn)題其他優(yōu)化方法敏度較低[4]的情況下，如若滿足工藝、空間布置等條件，可以考慮進(jìn)行側(cè)翻邊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。上述結(jié)論能夠在后續(xù)車型的該處車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到指導(dǎo)作用。