車身后減振器安裝點動剛度優化設計

史雪妍 張驥

（華晨汽車工程研究院）

動剛度要求在動載荷作用下構件應有足夠抵抗變形的能力。對于汽車來說，車身動剛度不足會對整車乘坐舒適性和車身結構件的疲勞壽命產生十分不利的影響[1]。動剛度對車內乘坐舒適性的影響主要體現在NVH。動剛度不足易引起車身結構的共振，繼而通過座椅、方向盤、后視鏡等傳遞振動，同時產生車內噪音，引起不適[2]。因此，對車身動剛度提高的研究具有重要的意義。文章描述了某公司上市車型研發階段，車身后減振器安裝點動剛度不足問題的解決過程，對提高車身后輪罩動剛度工作提供指導。

1 問題描述

將后輪鑄鋁減振器骨架更改為鐵質骨架，由于材質更換導致質量增加，引起車身后減振器安裝點動剛度下降，Y 向低于目標值5 000 N/mm。表1 為鑄鋁骨架的后減振器安裝點動剛度。表2 為鐵質骨架的后減振器安裝點動剛度。

表1 鑄鋁骨架的后減振器安裝點動剛度 N/mm

表2 鐵質骨架的后減振器安裝點動剛度 N/mm

2 解決過程

2.1 問題分析

優化過程中以汽車后輪罩結構整體作為優化對象，白車身右后輪罩結構如圖1 所示。對車身模態計算發現在后減振器安裝點輪罩結構區域有較大的應變變形，初步判斷該處車身結構剛度不足或剛度連接不足導致后減振器安裝點剛度較低，尤其是Y 向剛度的連接。因此，從3 個方面對后輪罩進行結構優化設計來提高該車型后減振器安裝點的動剛度[3]：1）后輪罩結構整體增加連接點；2）增加后減振器安裝板、外輪罩加強板尺寸；3）增加后輪罩整體加強筋高度，平緩急劇變化的結構，以減少應力集中，零件做翻邊設計。

圖1 白車身右后輪罩結構

2.2 方案1

增強外輪罩、加強板與后減振器安裝板的連接，增加4 個焊點；優化局部結構，包括增加加強板筋的深度1 mm，平滑弧面結構。更改對比如圖2 所示。

圖2 方案1 更改前后右側結構對比

圖3 為更改前后右側后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線。其中藍色線為結構更改前動剛度計算結果曲線，紅色線為方案1 計算結果曲線。

通過曲線可知方案1 右側后減振器安裝點Y 向動剛度結果下降。方案1 沒有提高動剛度，故不采用該方案。

圖3 方案1 更改前后右側后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線

2.3 方案2

在方案1 的基礎上延長后減振器安裝板尺寸，并與外輪罩點焊連接；延長內輪罩外板加強板尺寸，使其下部與外輪罩點焊連接，增加焊點7 個。如圖4 所示。

圖4 方案2 更改前后右側結構對比

圖5 為更改前后右側后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線。其中藍色線為結構初始動剛度計算結果曲線，綠色線為方案2 計算結果曲線，紅色線為過往車型相同狀態下該點計算結果曲線。結果顯示，Y向動剛度在50～100 Hz、150～200 Hz 有提升，在100～150 Hz 提升微弱。因此不采用該方案。

圖5 方案2 更改前后右側后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線

2.4 方案3

在方案2 的基礎上，將減振器安裝板兩側，做約12 mm 的翻邊，增加焊點3 個，并更改局部形態，增加加強筋的深度4 mm，增大零件尺寸。更改對比如圖6所示。

圖7 為更改前后右側后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線。其中藍色線為結構初始動剛度計算結果曲線，綠色線為方案3 的計算結果曲線。表3 為方案3 的右側后減振器安裝點動剛度。通過方案3，右側后減振器安裝點Y 向動剛度提升約852 N/mm，提高23.8%，接近目標值5 000 N/mm。

圖6 方案3 更改前后右側結構對比

圖7 方案3 更改前后右側后減振器安裝點Y 向動剛度CAE 仿真對比曲線

表3 方案3 右側后減振器安裝點動剛度 N/mm

3 結論

文章基于某款車型因鋁減振器骨架更改為鐵骨架導致安裝點動剛度不足問題，對標車身結構性能較高的幾款車型，進行以上3 個方案的結構優化，得出如下的結論：1）增加輪罩整體的結構連結性，使整體更加緊密，能有效地將減振器帶來的振動均勻傳遞到車身上，提高車身的剛度，繼而提高整體結構的動剛度；2）增大后減振器安裝板、外輪罩加強板尺寸，使其與車身側圍板連接，增大了后輪罩與側圍的接觸面積，利于力的傳遞；3）零件側翻邊能夠有效提高零件的剛度，在對于提高動剛度問題其他優化方法敏度較低[4]的情況下，如若滿足工藝、空間布置等條件，可以考慮進行側翻邊的結構優化。上述結論能夠在后續車型的該處車身結構設計中起到指導作用。