商用車白車身剛度影響因素分析

賀娜 陳瑞峰

摘 要：文章通過對白車身剛度計算方法的分析，并結合大量試驗來研究約束方式和擋風玻璃對商用車白車身剛度的影響。通過試驗數據的分析可知：約束方式對商用車白車身扭轉剛度和彎曲剛度基本無影響，剛度偏差值在5%以內。擋風玻璃對商用車白車身扭轉剛度貢獻大，剛度提升幅度可高達111%;對商用車白車身彎曲剛度貢獻小，剛度提升幅度在5%以內。文章所得出的結論在一定程度上能夠指導白車身剛度試驗和修正白車身設計。

關鍵字：商用車;白車身;扭轉剛度;彎曲剛度

中圖分類號：U463.8? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-88-03

Abstract： In this paper， through the analysis of body-in-white stiffness calculation method， the influence of restraint mode and windshield on the stiffness of commercial vehicle body-in-white is studied combining with a lot of experiments. Through the analysis of the test data， it is found that the restraint mode has no effect on the torsional stiffness and bending stiffness of commercial vehicle body-in-white， and the stiffness deviation is less than 5%. The windshield has a great contribution to the torsional stiffness of commercial vehicle body-in-white， and the increase of the stiffness can be as high as 111%： the contribution of the windshield to the bending stiffness of commercial vehicle body-in-white is small， and the increase of the stiffness is less than 5%. In this paper， the conclusions obtained can guide the test of the body-in-white stiffness and modify the design of the body-in-white to a certain extent.

Keywords： Commercial Vehicle; Body-In-White; Torsional Stiffness; Bending Stiffness

引言

汽車白車身剛度是整車設計的一個關鍵指標，指的是車輛在外力作用下抵抗變形的能力。它是影響汽車關鍵性能的重要因素（如NWH、安全性、舒適性等性能），在車身設計階段對剛度進行分析是必不可少的[1-2]。白車身剛度不足會造成車輛在行駛過程中駕駛室門框、窗框等變形較大，嚴重時會導致玻璃破碎，車門卡死，各部件產生共振和噪聲，影響車輛的安全性和舒適性[3]。隨著汽車工業的發展和人們對舒適性等要求的不斷提高，商用車白車身剛度越來越受到重視。白車身剛度的獲取方式主要有兩種：一種是通過CAE的方式獲得，在駕駛室設計的早期對駕駛室設計進行指導修正;一種是通過臺架試驗的方式獲得，在駕駛室設計的后期對駕駛室設計進行驗證和修正。在實際的操作過程中，由于駕駛室工工藝、制造水平、材料等因素的影響，臺架試驗獲得的剛度值能更準確的驗證指導白車身設計。為了獲得更加準確的白車身剛度值，對影響白車身剛度的因素進行分析研究十分必要，同時對指導白車身設計具有十分重要的意義。本文通過對白車身剛度計算方法的分析，并結合大量試驗來研究約束方式和擋風玻璃對商用車白車身剛度的影響。

1 白車身剛度計算方法[4-5]

通常，白車身剛度評價的指標有扭轉剛度和彎曲剛度。在白車身結構設計時，必須保證白車身具有一定的剛度，以保證其在工作載荷下的變形量不超過允許的范圍。

1.1 白車身扭轉剛度計算方法

白車身扭轉剛度是指白車身在外部扭矩作用下抵抗變形的能力。對于商用車車身而言，在車身懸置位置處施加大小相等方向相反的載荷F時，車身結構處于扭轉工況，車身產生扭轉變形，相對扭轉角示意圖如圖1所示，圖中H1、H2分別為加載點B1、B2（即左右懸置安裝點）在載荷方向上的位移，L為懸置左右間距離，θ為相對扭轉角。

則扭轉剛度的計算公式為：

備注：M——為加載扭矩，單位：Nm;

θ——為相對扭轉角，單位：°;

從白車身扭轉剛度計算公式可看出，影響扭轉剛度的主要因素是相對扭角，進一步分析可發現影響扭轉剛度的最終因素為加載點的變形量。對于同一臺白車身而言，影響加載變形量的主要因素有約束方式和駕駛室本身的狀態（是否安裝擋風玻璃）。

1.2 白車身彎曲剛度計算方法

彎曲剛度是指白車身在外部彎曲作用下抵抗變形的能力。彎曲剛度是在白車身特定位置施加垂向載荷，并用載荷與由此產生的車身縱梁位移最大變化量比值來衡量。這里僅討論在白車身主副座椅位置處施加垂直載荷的工況。

則彎曲剛度的計算公式是：

備注：F——為該工況載荷之和，單位：N;

Zmax——為車身縱梁Z向最大變形量，單位：mm