基于某车型提升右悬置动刚度的车身结构优化设计

吴志佳 杨金秀 钟建强 吕奉阳

广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 广东省广州市 511434

1 引言

随着汽车工业的迅速发展，消费者对轿车的要求越来越严格，轿车的NVH性能在消费者中也越来越受重视[1]。白车身关键点动刚度对车身的振动和疲劳破坏有重要的影响，如果该处动刚度不足会导致轿车发动机在某频率加速产生轰鸣等现象，更是影响消费者的舒适性体验[2]。众所周知，导致汽车产生某频段加速轰鸣现象的原因是振源通过车身传递路径传给接受者；而源头为发动机加速噪音和路面激励等不易控制，所以通过设计优化传递路径中的车身结构是提高NVH性能的重要方法[3]。

本文对某款车型发动机在加速到某转速时出现轰鸣的现象进行分析。发现车身结构刚度不足使得右悬置安装点动刚度不足，这导致了加速轰鸣的现象。因此基于CAE分析模拟计算了对标的几款车型的车身结构，分别分析得到其悬置的等效动刚度，得到不同的车身结构对悬置动刚度的影响大小。进而对该款车型的发动机悬置附近的车身结构重新设计，多次分析得到最佳方案解决了发动机动刚度不足的问题，成功解决了加速轰鸣的现象，提升了NVH性能。

2 问题描述

本文的计算模型为某款车型整备车身，要分析的右悬置安装点耦合点相关数模及装配关系如图1所示。发动机悬置有一个点连接在上悬置支架上，两个点连接在下悬置支架上。其中上悬置支架焊接在前轮罩上，下悬置支架与前轮罩和纵梁焊接。

图1 汽车车身系统CAN总线结构图

建模后在Hypermesh软件里进行前处理，分别施加激励在X、Y、Z三个方向上进行分析，得出结果如表1所示，发现其在相应频率里Y向动刚度没有达到目标要求的10000N/mm。对车身模态计算发现在右悬置安装区域有较大的应变变形，初步判断该处车身结构刚度不足或刚度连接不足导致悬置动刚度不足的结果，尤其是Y向刚度的连接。

3 对标车型分析

3.1 对标车型动刚度计算及分析

经过分析发现悬置动刚度不足的原因是该区域车身结构刚度不足，那么本节将对标几款已有车型，分别对其悬置动刚度进行分析计算。本文选取A、B、C三款车型进行数模建立，分别施加激励在X、Y、Z三个方向上进行分析，得到对标车数据和本车型一起的Y向动刚度如图2所示。由于C车型Y向动刚度未达到目标值10000N/mm，本文将不对其做分析，下面将对A、C两款车型进行该区域车身结构分析。

对A、C两款车型右悬置区域的车身结构分析，分析发现这两款车型有不同的结构优势来满足Y向动刚度的要求。如图3所示，A车型右悬置车身结构有以下优势：（1）轮罩前段设计Y向横向支撑支架1，可很好的提高Y向动刚度。（2）轮罩厚度1.5mm，通过增加轮罩厚度来支撑悬置安装点

如图4所示，B车型右悬置车身结构有以下优势：（1）轮罩前端延伸尺寸大，轮罩前端延伸已到纵梁前端，大大增大了Y向接触面积；（2）轮罩前段设计Y向横向支撑支架6，且厚度为2.0mm；

表1 右悬置等效动刚度数据

图2 不同车型的Y向动刚度

图3 A车型右悬置车身结构图

图4 C车型右悬置车身结构图

综上所述，通过对标车型右悬置区域车身结构分析，本文从以下三方面进行结构优化设计来提高该车型的悬置动刚度。

（1）轮罩前段增加Y向支撑.

（2）延长轮罩前部的尺寸。

（3）增加轮罩前段厚度。

4 某款车型的车身结构优化

基于上节所得，本节进行该车型的悬置安装点区域的车身结构优化设计。

步骤一：利用延长轮罩前部的尺寸方法设计新的车身结构。如图6所示，在右前轮罩前段增加一个新增件结构，该结构厚度1.8mm。用新的车身结构重新加载激励进行CAE分析，其等效动刚度为8011N/mm，还未满足要求，需要再设计。

步骤二：利用增加Y向支撑的方法设计新的结构，与轮罩Y向连接的车身结构有上边梁，因此，在步骤一中车身结构的基础上把上边梁的厚度从原来的0.8mm提高到1.2mm，如图7所示；分析得到等效动刚度为9159N/mm，还是无法满足要求，需要进一步优化设计。

步骤三：之前的方法均有明显的效果提升，本文利用轮罩分件的方法进行车身结构再设计，首先把原来的轮罩从悬置安装支架处分割成两部分，分割后的轮罩后段保持1.2mm厚度不变，分割后的轮罩前段由原来的1.2mm增加到1.8mm。并且把轮罩前段与步骤一中新增的支架结合并优化设计为一个件，如图8所示。分析得到等效动刚度为10130N/mm，满足要求。

图6 步骤一右悬置车身结构图

图7 步骤二右悬置车身结构图

图8 步骤三右悬置车身结构图

图9 三次优化的IPI曲线图

分别得到0-200Hz内的原始方案和三次优化的IPI曲线如图9所示。从图中可以看出经过优化后右悬置动刚度得到了明显的改善。优化后车身结构满足了等效动刚度要求，解决了轿车加速轰鸣的现象。

5 结语

某款车型因车身结构不足导致右悬置安装点动刚度不足，进而使的发动机在某一频率加速时产生轰鸣现象。本文基于此现象对标了几款车身结构性能较高的车型后，对某款车型的车身结构进行了优化设计，通过延长轮罩前部尺寸、增加上边梁厚度和前轮罩分件后增加厚度这三种方法把Y向动刚度由原来的5475N/mm提高到了10130N/mm，满足了要求，对后续该处车身结构设计具有指导意义。