基于某車型提升CCB安裝點動剛度的車身結構優化設計

吳志佳　呂奉陽　王建哲　潘漢欽

摘 要：某款車型因CCB安裝點動剛度不足導致汽車方向盤產生抖動風險，本文基于此原因對CCB車身安裝點進行結構優化及動剛度分析。對車身結構進行優化設計，重新優化了前輪罩、CCB安裝支架等零件結構，通過提高車身安裝點動剛度降低了汽車方向盤抖動的風險，提高了NVH性能，滿足了目標要求。得到相關結論，對后續CCB安裝點車身結構設計具有一定的指導意義。

關鍵詞：CCB安裝點;動剛度;車身結構優化

1 前言

汽車已經成為我國的支柱產業，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，汽車的振動與噪聲就是其中之一[1]。方向盤抖動和儀表盤抖動、座椅振動都屬于制動抖動，嚴重時整個車身都在發生抖動，這些都增加了駕駛員疲勞和誤操作的可能性，同時也影響了整車廠的聲譽，增加了質保費用和維修費用[2]。汽車制動過程中引起的方向盤抖動問題涉及到很多方面，比如制動系統、車身、副車架、懸架等與之相關的所有部分[3]。

方向盤抖動現象是因為振源通過車身傳遞路徑傳給接受者，而源頭相關的激勵不易控制，所以通過設計優化傳遞路徑中的車身結構是提高NVH性能的重要方法。本文在車身結構方面進行了相關研究，通過對儀表板橫梁（以下簡稱CCB）的幾個安裝點進行優化設計，提高了安裝點的動剛度，進而切斷了方向盤抖動的傳遞路徑，規避了方向盤產生抖動的風險。本文對某款車型方向盤抖動的現象進行分析，發現車身CCB安裝點結構動剛度不足。因此基于CAE分析分別對CCB的幾個安裝點進行分析，得到不同的安裝點的等效動剛度，進而優化該款車型的車身結構，多次分析優化得到最佳方案。

2 問題描述

本文基于某款車型計算，分析發現CCB前安裝點和左右安裝點均存在動剛度不足。CCB前安裝點和左側兩個安裝點位置如圖1所示，右側兩個安裝點與左側對稱，本文不再體現。

3 CCB前安裝點分析與優化

對BIW模態分析發現得到S形彎曲模態為54.07Hz;分析發現在前輪罩前端處應力變形集中，進而導致CCB前安裝點動剛度不足，具體模態分析如圖2所示。

進行分析優化車身，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增加兩個橫梁，分別搭接到前縱梁和上邊梁;導入到Hypermesh里進行網格劃分，分析后得到CCB前安裝點IPI曲線，如圖5所示。

從圖5的CCB前安裝點IPI曲線中發現，在54Hz時方案二的波峰值大大降低，采用方案2。

4 CCB左右安裝點分析與優化

由于左右對稱，本文只體現CCB左側的上下安裝點的結構優化和分析結果。經分析研究，CCB側面安裝點Y向安裝可直接連接A柱內板，動剛度效果最優。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向安裝導致安裝點動剛度不足，所以在X向安裝基礎上進行分析優化來提高安裝點動剛度。

原有方案如圖6所示，兩個安裝點位置如圖所示，分析得到動剛度不足，進行結構優化，三個方案如圖7、圖8、圖9所示。其中方案1把兩個支架合拼到一起進而增加剛度;方案2在方案1的基礎上增加支架，緊貼A柱內板為了增強安裝強度;方案3把重新設計支架，更改為盒子狀形式。分別對三個方案進行分析計算。

NVH分析結果如圖10—圖15所示。

根據IPI曲線，可以看出方案3為最優方案。方案3左上、左下安裝點的等效動剛度，如表1、表2所示，與原方案相比提升明顯，滿足NVH目標。

5 結論

某款車型因CCB安裝點動剛度不足導致汽車方向盤產生抖動風險，本文基于此原因分別對CCB車身安裝點進行分析。對車身結構進行優化設計，重新優化了前輪罩、CCB安裝支架等零件結構，通過提高車身安裝點動剛度降低了汽車方向盤抖動的風險。總結設計經驗如下：

1）通過加強輪罩和上縱梁及前縱梁連接，可以提高車身扭轉剛度，進而可以提高CCB安裝點動剛度。

2）工藝允許的情況下，CCB側面安裝點優先采用Y向安裝。

3）盒子狀支架結構對安裝點動剛度提升明顯。

參考文獻：

[1]徐兀.汽車振動和噪聲控制[M]. 人民交通出版社，1987.

[2]楊翠麗. 汽車制動方向盤抖動分析與對策研究[D]. 華南理工大學，2012.

[3]汪東斌.基于CAE技術的汽車儀表板和轉向系振動特性研究[D]. 合肥工業大學，2010.