基于臺架試驗及仿真的白車身耐久問題優化

薛 軍，羅培峰，鐘建強，謝 鋒，譚東升

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434）

0 前言

對于新車型開發，CAE耐久分析[1]的結果無法保證每個點都能準確判斷，同時考慮到成本及輕量化設計，ET試制[2]數據的部分風險點往往會妥協通過，然后在ET試驗階段重點跟進潛在風險點。某自主品牌MPV用ET試制樣車進行二十四通道耐久試驗[3]，發現開裂位置并進行設計優化，在ET試制樣車綜合耐久試驗未完成之前即發布了PT試制[2]數據，PT試制樣車耐久試驗無開裂，保障了開發周期以及節省了開發費用。

1 白車身開發過程簡介

1.1 預研階段

根據整車設計任務書編寫車身技術方案，確定總體開發目標、思路及策略，包含車身形式、生產共線方案、焊接技術、平臺構架策略[4]、底盤及發動機搭載方案、碰撞及重量目標、沿用選型件清單等。

1.2 概念設計階段

根據造型、總布置設計初版白車身數據，通過碰撞分析以及車身剛度、模態靈敏度分析開展白車身性能優化，在生產線約束條件下進行共線可行性優化。

1.3 詳細設計階段

根據造型、總布置、其他專業組輸入需求設計詳細白車身數據，完成功能設計，同時通過車身剛度、強度、模態、碰撞等仿真進行白車身減重優化，通過開展GD&T、沖壓、焊接、涂裝、總裝、同步工程[5]，完成詳細數據的制造可行性優化。

1.4 產品設計驗證階段

通過ET試制進行設計驗證，檢驗白車身各項性能、功能以及生產可行性等，對有問題的地方進行優化，并在量產之前完成驗證并合格。

1.5 認證與生產準備

通過PT試制進行量產前驗證，保障白車身各項性能達標，同時對成本、重量、設計變更、品質提升、新車型公告等問題進行確認和認證，完成生產準備。

2 二十四通道整車結構耐久試驗簡介

如圖1所示，二十四通道整車結構耐久試驗是通過“軸耦合道路模擬試驗臺架”[6]按整車綜合耐久所采集的道路載荷譜進行308次總循環來達到耐久性能檢測目的。試驗步驟、內容及周期如表1所示。

圖1 二十四通道耐久試驗臺架及試驗車

表1 二十四通道耐久試驗計劃

3 試驗結果及仿真對比

對ET樣車進行二十四通道耐久試驗，在試驗100%完成時，發現后地板橫梁多處區域出現焊點開裂現象，開裂區域與ET數據CAE耐久分析的風險點一致。如圖2-4所示。

圖2 樣車開裂問題

圖3 仿真開裂風險（鈑金）

圖4 仿真開裂風險（焊點）

4 原因分析及優化方案

4.1 對標車型分析

由圖5-7的結構及料厚對比可知，該款新車型的橫梁料厚相對對標車來說較薄，另外在橫梁與縱梁的搭接處連接強度不足。

4.2 設計過程分析

設計過程如表2所示。

圖5 某款新車型

圖6 對標車型A

圖7 對標車型B

4.3 優化方案

ET原方案的橫梁采用成型工藝，未分件處理，并且料厚較薄，如圖8所示。優化方案一在ET原方案基礎上將橫梁分成3段，其中中間段橫梁料厚保持與ET原方案料厚一致，兩端料厚適當加厚，同時增加兩端與縱梁連接處的搭接面積，并且增加焊點數量，如圖9所示。優化方案二在優化方案一基礎上進一步減薄，如圖10所示。優化方案三在優化方案二基礎上進一步減薄，如圖11所示。

表2 二十四通道耐久試驗計劃

圖8 原方案

圖9 優化方案一

圖10 優化方案二

圖11 優化方案三

4.4仿真對比

仿真分析結果方案一（圖12、圖13）和方案二（圖14、圖15）滿足耐久目標，方案三（圖16、圖17）不滿足耐久目標，考慮到輕量化，PT試制數據按方案二實施。

圖12 優化方案一（鈑金）

圖13 優化方案一（焊點）

圖14 優化方案二（鈑金）

圖15 優化方案二（焊點）

圖16 優化方案三（鈑金）

圖17 優化方案三（焊點）

5 實際道路整車耐久試驗結果

ET試制樣車在完成綜合耐久試驗和高強耐久試驗之后，開裂區域和開裂形式與ET試制樣車二十四通道臺架試驗結果完全一致。

PT試制樣車在完成綜合耐久試驗和高強耐久試驗之后無開裂現象，與仿真分析的結果完全一致。

6 結語

通過ET試制階段的臺架耐久試驗及仿真對比分析，可以在ET試制樣車還沒跑完耐久試驗的情況下，將PT試制數據優化好，得到的PT試制樣車經綜合耐久試驗和高強耐久試驗驗證，最終試驗結果滿足耐久需求。

臺架耐久試驗的效率是實際道路試驗的4倍以上[2]，并且通過幾款車型的經驗總結，臺架、仿真、實際道路試驗的3種不同手段的試驗結果能做到保持一致，這對縮短整車開發周期、降低開發成本具有重要的應用價值。