史雪妍 張驥

（華晨汽車工程研究院）

動剛度要求在動載荷作用下構(gòu)件應(yīng)有足夠抵抗變形的能力。對于汽車來說，車身動剛度不足會對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]。動剛度對車內(nèi)乘坐舒適性的影響主要體現(xiàn)在NVH。動剛度不足易引起車身結(jié)構(gòu)的共振，繼而通過座椅、方向盤、后視鏡等傳遞振動，同時產(chǎn)生車內(nèi)噪音，引起不適[2]。因此，對車身動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動剛度不足問題的解決過程，對提高車身后輪罩動剛度工作提供指導(dǎo)。

1 問題描述

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動剛度下降，Y 向低于目標值5 000 N/mm。表1 為鑄鋁骨架的后減振器安裝點動剛度。表2 為鐵質(zhì)骨架的后減振器安裝點動剛度。

表1 鑄鋁骨架的后減振器安裝點動剛度 N/mm

表2 鐵質(zhì)骨架的后減振器安裝點動剛度 N/mm

2 解決過程

2.1 問題分析

優(yōu)化過程中以汽車后輪罩結(jié)構(gòu)整體作為優(yōu)化對象，白車身右后輪罩結(jié)構(gòu)如圖1 所示。對車身模態(tài)計算發(fā)現(xiàn)在后減振器安裝點輪罩結(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)致后減振器安裝點剛度較低，尤其是Y 向剛度的連接。因此，從3 個方面對后輪罩進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來提高該車型后減振器安裝點的動剛度[3]：1）后輪罩結(jié)構(gòu)整體增加連接點；2）增加后減振器安裝板、外輪罩加強板尺寸；3）增加后輪罩整體加強筋高度，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。

圖1 白車身右后輪罩結(jié)構(gòu)

2.2 方案1

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

圖2 方案1 更改前后右側(cè)結(jié)構(gòu)對比

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

通過曲線可知方案1 右側(cè)后減振器安裝點Y 向動剛度結(jié)果下降。方案1 沒有提高動剛度，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Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線

2.3 方案2

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

圖4 方案2 更改前后右側(cè)結(jié)構(gòu)對比

圖5 為更改前后右側(cè)后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線。其中藍色線為結(jié)構(gòu)初始動剛度計算結(jié)果曲線，綠色線為方案2 計算結(jié)果曲線，紅色線為過往車型相同狀態(tài)下該點計算結(jié)果曲線。結(jié)果顯示，Y向動剛度在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Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線

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3 個，并更改局部形態(tài)，增加加強筋的深度4 mm，增大零件尺寸。更改對比如圖6所示。

圖7 為更改前后右側(cè)后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線。其中藍色線為結(jié)構(gòu)初始動剛度計算結(jié)果曲線，綠色線為方案3 的計算結(jié)果曲線。表3 為方案3 的右側(cè)后減振器安裝點動剛度。通過方案3，右側(cè)后減振器安裝點Y 向動剛度提升約852 N/mm，提高23.8%，接近目標值5 000 N/mm。

圖6 方案3 更改前后右側(cè)結(jié)構(gòu)對比

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

表3 方案3 右側(cè)后減振器安裝點動剛度 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)致安裝點動剛度不足問題，對標車身結(jié)構(gòu)性能較高的幾款車型，進行以上3 個方案的結(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的振動均勻傳遞到車身上，提高車身的剛度，繼而提高整體結(jié)構(gòu)的動剛度；2）增大后減振器安裝板、外輪罩加強板尺寸，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，在對于提高動剛度問題其他優(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)計中起到指導(dǎo)作用。