基于某车型提升CCB安装点动刚度的车身结构优化设计

吴志佳　吕奉阳　王建哲　潘汉钦

摘 要：某款车型因CCB安装点动刚度不足导致汽车方向盘产生抖动风险，本文基于此原因对CCB车身安装点进行结构优化及动刚度分析。对车身结构进行优化设计，重新优化了前轮罩、CCB安装支架等零件结构，通过提高车身安装点动刚度降低了汽车方向盘抖动的风险，提高了NVH性能，满足了目标要求。得到相关结论，对后续CCB安装点车身结构设计具有一定的指导意义。

关键词：CCB安装点;动刚度;车身结构优化

1 前言

汽车已经成为我国的支柱产业，越来越多的家庭开始拥有汽车作为代步工具，随之也带来很多的问题和挑战，汽车的振动与噪声就是其中之一[1]。方向盘抖动和仪表盘抖动、座椅振动都属于制动抖动，严重时整个车身都在发生抖动，这些都增加了驾驶员疲劳和误操作的可能性，同时也影响了整车厂的声誉，增加了质保费用和维修费用[2]。汽车制动过程中引起的方向盘抖动问题涉及到很多方面，比如制动系统、车身、副车架、悬架等与之相关的所有部分[3]。

方向盘抖动现象是因为振源通过车身传递路径传给接受者，而源头相关的激励不易控制，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。本文在车身结构方面进行了相关研究，通过对仪表板横梁（以下简称CCB）的几个安装点进行优化设计，提高了安装点的动刚度，进而切断了方向盘抖动的传递路径，规避了方向盘产生抖动的风险。本文对某款车型方向盘抖动的现象进行分析，發现车身CCB安装点结构动刚度不足。因此基于CAE分析分别对CCB的几个安装点进行分析，得到不同的安装点的等效动刚度，进而优化该款车型的车身结构，多次分析优化得到最佳方案。

2 问题描述

本文基于某款车型计算，分析发现CCB前安装点和左右安装点均存在动刚度不足。CCB前安装点和左侧两个安装点位置如图1所示，右侧两个安装点与左侧对称，本文不再体现。

3 CCB前安装点分析与优化

对BIW模态分析发现得到S形弯曲模态为54.07Hz;分析发现在前轮罩前端处应力变形集中，进而导致CCB前安装点动刚度不足，具体模态分析如图2所示。

进行分析优化车身，得到两种方案分别如图3、图4所示;方案1增加的横梁，上面搭接到上边梁，下面只搭接到前纵梁焊接边上;方案2增加两个横梁，分别搭接到前纵梁和上边梁;导入到Hypermesh里进行网格划分，分析后得到CCB前安装点IPI曲线，如图5所示。

从图5的CCB前安装点IPI曲线中发现，在54Hz时方案二的波峰值大大降低，采用方案2。

4 CCB左右安装点分析与优化

由于左右对称，本文只体现CCB左侧的上下安装点的结构优化和分析结果。经分析研究，CCB侧面安装点Y向安装可直接连接A柱内板，动刚度效果最优。本文基于某车型工艺约束，Y向安装仪表板匹配困难，采用X向安装导致安装点动刚度不足，所以在X向安装基础上进行分析优化来提高安装点动刚度。

原有方案如图6所示，两个安装点位置如图所示，分析得到动刚度不足，进行结构优化，三个方案如图7、图8、图9所示。其中方案1把两个支架合拼到一起进而增加刚度;方案2在方案1的基础上增加支架，紧贴A柱内板为了增强安装强度;方案3把重新设计支架，更改为盒子状形式。分别对三个方案进行分析计算。

NVH分析结果如图10—图15所示。

根据IPI曲线，可以看出方案3为最优方案。方案3左上、左下安装点的等效动刚度，如表1、表2所示，与原方案相比提升明显，满足NVH目标。

5 结论

某款车型因CCB安装点动刚度不足导致汽车方向盘产生抖动风险，本文基于此原因分别对CCB车身安装点进行分析。对车身结构进行优化设计，重新优化了前轮罩、CCB安装支架等零件结构，通过提高车身安装点动刚度降低了汽车方向盘抖动的风险。总结设计经验如下：

1）通过加强轮罩和上纵梁及前纵梁连接，可以提高车身扭转刚度，进而可以提高CCB安装点动刚度。

2）工艺允许的情况下，CCB侧面安装点优先采用Y向安装。

3）盒子状支架结构对安装点动刚度提升明显。

参考文献：

[1]徐兀.汽车振动和噪声控制[M]. 人民交通出版社，1987.

[2]杨翠丽. 汽车制动方向盘抖动分析与对策研究[D]. 华南理工大学，2012.

[3]汪东斌.基于CAE技术的汽车仪表板和转向系振动特性研究[D]. 合肥工业大学，2010.