轻量化车身性能目标的研究和应用

王丛，汤湧，麻桂艳

（华晨汽车工程研究院质量项目管理室，辽宁 沈阳 110141）

前言

汽车轻量化是近几年行业内最重要的设计方向，各大主机厂在推出换代产品时，都会对整车重量有严格的限制要求，而车身重量又在整车重量占有相当大的比重，因此在车身的重量目标限制下，就要求白车身的开发既要满足各项性能目标又要满足轻量化的设计理念，所以对车身的性能目标定义的准确性和实用性就有了更高的要求。

1 性能目标定义流程

依据项目车型的主时间计划，在项目立项后，针对项目定义的主要市场竞品车型，开展竞品分析，然后综合竞品分析结果和性能库中的性能值定义初版的车身性能目标，再后对初版性能目标进行评审及验证，最后确定终版性能目标值，详见图1。

图1 性能目标定义流程图

2 车身性能库

针对车身的主要性能项，通过收集和整理，建立相应的竞品车型的车身性能库，性能库中应包含如下信息：车型状态信息（如品牌、车型、上市时间、尺寸、轴距、轮距等）、重量、扭转刚度、一阶整体扭转模态、一阶整体弯曲模态[1]等。车身性能库的建立是一项长期的积累工作，库中的样本车型越多越具有行业普遍性，因此需要长期坚持样本车型数据的积累。

3 扭转刚度目标的定义

车身的扭转刚度是衡量车身性能的一项重要指标，对整车的操控性能和 NVH性能都有较大的影响[2]。在整体汽车行业内车身扭转刚度的试验测试方法基本一致，因此车身的扭转刚度值具有较好的横向对比性。但在横向对比之前需要确认试验时的车身自然状态（如试验车身是否包含风挡玻璃、前后副车架、前防撞横梁、仪表板横梁等），只有试验车身自然状态一致的情况下，才可进行结果的对比。

在进行扭转刚度目标定义时，首先对性能库中对应的车型数据进行筛选，筛选条件为车型相同（如 SUV、两厢车、三厢车、MPV、是否承载式车身结构等[3]），然后基于筛选结果绘制扭转刚度性能曲线图，如图2所示。

图2 扭转刚度性能曲线图

在图2中，横坐标为轴距，纵坐标为扭转刚度值，图中的每个数据点代表一台竞品车的试验结果，依据这些竞品样本可以粗略的绘制一条趋势线，这条趋势线代表在行业内车身扭转刚度与轴距的一个平均水平，再依据我们要定义的车型轴距与趋势线的交点对应的扭转刚度值就可以做为初版的扭转刚度目标，最后依据车型的市场定位（如是否有高于市场竞品的操控性和NVH要求），对此目标值进行二次修正，这时就可以确定该车型的车身扭转刚度性能的初版目标值。

4 整体弯、扭模态目标的定义

车身的一阶整体弯、扭转模态，是衡量车身NVH性能的一项重要指标。通常基于NVH部门定义的模态分布图所要求的区间，车身设计人员尽可能的提高一阶整体弯、扭转模态结果，力求得到一个最好的NVH效果，其定义方法基本同扭转刚度目标的定义方法一致，首先对性能库中对应的车型数据据进行筛选， 同样要求试验车身的自然状态一致。然后基于筛选结果绘制一阶整体弯、扭模态性能曲线图，如图 3、图4所示。

图3 扭转模态性能曲线图

图4 弯曲模态性能曲线图

在图3和图4中，横坐标为轴距，纵坐标为扭转、弯曲模态值，图中的每个数据点代表一台竞品车的试验结果，依据这些竞品样本可以粗略的绘制一条趋势线，这条趋势线代表在行业内车身扭转刚度与轴距的一个平均水平，再依据我们要定义的车型轴距与趋势线的交点对应的扭转刚度值就可以作为初版的扭转刚度目标，最后依据车型的市场定位（如是否有高于市场竞品的操控性和NVH要求），对此目标值进行二次修正，这时就可以确定该车型的车身扭转、弯曲模态性能的初版目标值。

5 结论

通过以上所述车身主要性能目标的分析方法，可以在项目前期快速的拟定车身的主要性能目标，再依据中后期 CAE的分析验证，对性能目标进行修正，极大的提高了性能目标定义的准确性和实用性。