基于某車型提升CCB安裝點(diǎn)動(dòng)剛度的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳志佳　呂奉陽　王建哲　潘漢欽

摘 要：某款車型因CCB安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足導(dǎo)致汽車方向盤產(chǎn)生抖動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，本文基于此原因?qū)CB車身安裝點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及動(dòng)剛度分析。對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新優(yōu)化了前輪罩、CCB安裝支架等零件結(jié)構(gòu)，通過提高車身安裝點(diǎn)動(dòng)剛度降低了汽車方向盤抖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了NVH性能，滿足了目標(biāo)要求。得到相關(guān)結(jié)論，對(duì)后續(xù)CCB安裝點(diǎn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：CCB安裝點(diǎn);動(dòng)剛度;車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1 前言

汽車已經(jīng)成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，越來越多的家庭開始擁有汽車作為代步工具，隨之也帶來很多的問題和挑戰(zhàn)，汽車的振動(dòng)與噪聲就是其中之一[1]。方向盤抖動(dòng)和儀表盤抖動(dòng)、座椅振動(dòng)都屬于制動(dòng)抖動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)車身都在發(fā)生抖動(dòng)，這些都增加了駕駛員疲勞和誤操作的可能性，同時(shí)也影響了整車廠的聲譽(yù)，增加了質(zhì)保費(fèi)用和維修費(fèi)用[2]。汽車制動(dòng)過程中引起的方向盤抖動(dòng)問題涉及到很多方面，比如制動(dòng)系統(tǒng)、車身、副車架、懸架等與之相關(guān)的所有部分[3]。

方向盤抖動(dòng)現(xiàn)象是因?yàn)檎裨赐ㄟ^車身傳遞路徑傳給接受者，而源頭相關(guān)的激勵(lì)不易控制，所以通過設(shè)計(jì)優(yōu)化傳遞路徑中的車身結(jié)構(gòu)是提高NVH性能的重要方法。本文在車身結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了相關(guān)研究，通過對(duì)儀表板橫梁（以下簡稱CCB）的幾個(gè)安裝點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度，進(jìn)而切斷了方向盤抖動(dòng)的傳遞路徑，規(guī)避了方向盤產(chǎn)生抖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。本文對(duì)某款車型方向盤抖動(dòng)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車身CCB安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度不足。因此基于CAE分析分別對(duì)CCB的幾個(gè)安裝點(diǎn)進(jìn)行分析，得到不同的安裝點(diǎn)的等效動(dòng)剛度，進(jìn)而優(yōu)化該款車型的車身結(jié)構(gòu)，多次分析優(yōu)化得到最佳方案。

2 問題描述

本文基于某款車型計(jì)算，分析發(fā)現(xiàn)CCB前安裝點(diǎn)和左右安裝點(diǎn)均存在動(dòng)剛度不足。CCB前安裝點(diǎn)和左側(cè)兩個(gè)安裝點(diǎn)位置如圖1所示，右側(cè)兩個(gè)安裝點(diǎn)與左側(cè)對(duì)稱，本文不再體現(xiàn)。

3 CCB前安裝點(diǎn)分析與優(yōu)化

對(duì)BIW模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)得到S形彎曲模態(tài)為54.07Hz;分析發(fā)現(xiàn)在前輪罩前端處應(yīng)力變形集中，進(jìn)而導(dǎo)致CCB前安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足，具體模態(tài)分析如圖2所示。

進(jìn)行分析優(yōu)化車身，得到兩種方案分別如圖3、圖4所示;方案1增加的橫梁，上面搭接到上邊梁，下面只搭接到前縱梁焊接邊上;方案2增加兩個(gè)橫梁，分別搭接到前縱梁和上邊梁;導(dǎo)入到Hypermesh里進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分析后得到CCB前安裝點(diǎn)IPI曲線，如圖5所示。

從圖5的CCB前安裝點(diǎn)IPI曲線中發(fā)現(xiàn)，在54Hz時(shí)方案二的波峰值大大降低，采用方案2。

4 CCB左右安裝點(diǎn)分析與優(yōu)化

由于左右對(duì)稱，本文只體現(xiàn)CCB左側(cè)的上下安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析結(jié)果。經(jīng)分析研究，CCB側(cè)面安裝點(diǎn)Y向安裝可直接連接A柱內(nèi)板，動(dòng)剛度效果最優(yōu)。本文基于某車型工藝約束，Y向安裝儀表板匹配困難，采用X向安裝導(dǎo)致安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足，所以在X向安裝基礎(chǔ)上進(jìn)行分析優(yōu)化來提高安裝點(diǎn)動(dòng)剛度。

原有方案如圖6所示，兩個(gè)安裝點(diǎn)位置如圖所示，分析得到動(dòng)剛度不足，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，三個(gè)方案如圖7、圖8、圖9所示。其中方案1把兩個(gè)支架合拼到一起進(jìn)而增加剛度;方案2在方案1的基礎(chǔ)上增加支架，緊貼A柱內(nèi)板為了增強(qiáng)安裝強(qiáng)度;方案3把重新設(shè)計(jì)支架，更改為盒子狀形式。分別對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行分析計(jì)算。

NVH分析結(jié)果如圖10—圖15所示。

根據(jù)IPI曲線，可以看出方案3為最優(yōu)方案。方案3左上、左下安裝點(diǎn)的等效動(dòng)剛度，如表1、表2所示，與原方案相比提升明顯，滿足NVH目標(biāo)。

5 結(jié)論

某款車型因CCB安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足導(dǎo)致汽車方向盤產(chǎn)生抖動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，本文基于此原因分別對(duì)CCB車身安裝點(diǎn)進(jìn)行分析。對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新優(yōu)化了前輪罩、CCB安裝支架等零件結(jié)構(gòu)，通過提高車身安裝點(diǎn)動(dòng)剛度降低了汽車方向盤抖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)如下：

1）通過加強(qiáng)輪罩和上縱梁及前縱梁連接，可以提高車身扭轉(zhuǎn)剛度，進(jìn)而可以提高CCB安裝點(diǎn)動(dòng)剛度。

2）工藝允許的情況下，CCB側(cè)面安裝點(diǎn)優(yōu)先采用Y向安裝。

3）盒子狀支架結(jié)構(gòu)對(duì)安裝點(diǎn)動(dòng)剛度提升明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐兀.汽車振動(dòng)和噪聲控制[M]. 人民交通出版社，1987.

[2]楊翠麗. 汽車制動(dòng)方向盤抖動(dòng)分析與對(duì)策研究[D]. 華南理工大學(xué)，2012.

[3]汪東斌.基于CAE技術(shù)的汽車儀表板和轉(zhuǎn)向系振動(dòng)特性研究[D]. 合肥工業(yè)大學(xué)，2010.