基于臺(tái)架試驗(yàn)及仿真的白車身耐久問(wèn)題優(yōu)化

薛 軍，羅培峰，鐘建強(qiáng)，謝 鋒，譚東升

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434）

0 前言

對(duì)于新車型開(kāi)發(fā)，CAE耐久分析[1]的結(jié)果無(wú)法保證每個(gè)點(diǎn)都能準(zhǔn)確判斷，同時(shí)考慮到成本及輕量化設(shè)計(jì)，ET試制[2]數(shù)據(jù)的部分風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)往往會(huì)妥協(xié)通過(guò)，然后在ET試驗(yàn)階段重點(diǎn)跟進(jìn)潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。某自主品牌MPV用ET試制樣車進(jìn)行二十四通道耐久試驗(yàn)[3]，發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂位置并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，在ET試制樣車綜合耐久試驗(yàn)未完成之前即發(fā)布了PT試制[2]數(shù)據(jù)，PT試制樣車耐久試驗(yàn)無(wú)開(kāi)裂，保障了開(kāi)發(fā)周期以及節(jié)省了開(kāi)發(fā)費(fèi)用。

1 白車身開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)介

1.1 預(yù)研階段

根據(jù)整車設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)編寫(xiě)車身技術(shù)方案，確定總體開(kāi)發(fā)目標(biāo)、思路及策略，包含車身形式、生產(chǎn)共線方案、焊接技術(shù)、平臺(tái)構(gòu)架策略[4]、底盤(pán)及發(fā)動(dòng)機(jī)搭載方案、碰撞及重量目標(biāo)、沿用選型件清單等。

1.2 概念設(shè)計(jì)階段

根據(jù)造型、總布置設(shè)計(jì)初版白車身數(shù)據(jù)，通過(guò)碰撞分析以及車身剛度、模態(tài)靈敏度分析開(kāi)展白車身性能優(yōu)化，在生產(chǎn)線約束條件下進(jìn)行共線可行性優(yōu)化。

1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

根據(jù)造型、總布置、其他專業(yè)組輸入需求設(shè)計(jì)詳細(xì)白車身數(shù)據(jù)，完成功能設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)車身剛度、強(qiáng)度、模態(tài)、碰撞等仿真進(jìn)行白車身減重優(yōu)化，通過(guò)開(kāi)展GD&T、沖壓、焊接、涂裝、總裝、同步工程[5]，完成詳細(xì)數(shù)據(jù)的制造可行性優(yōu)化。

1.4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段

通過(guò)ET試制進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，檢驗(yàn)白車身各項(xiàng)性能、功能以及生產(chǎn)可行性等，對(duì)有問(wèn)題的地方進(jìn)行優(yōu)化，并在量產(chǎn)之前完成驗(yàn)證并合格。

1.5 認(rèn)證與生產(chǎn)準(zhǔn)備

通過(guò)PT試制進(jìn)行量產(chǎn)前驗(yàn)證，保障白車身各項(xiàng)性能達(dá)標(biāo)，同時(shí)對(duì)成本、重量、設(shè)計(jì)變更、品質(zhì)提升、新車型公告等問(wèn)題進(jìn)行確認(rèn)和認(rèn)證，完成生產(chǎn)準(zhǔn)備。

2 二十四通道整車結(jié)構(gòu)耐久試驗(yàn)簡(jiǎn)介

如圖1所示，二十四通道整車結(jié)構(gòu)耐久試驗(yàn)是通過(guò)“軸耦合道路模擬試驗(yàn)臺(tái)架”[6]按整車綜合耐久所采集的道路載荷譜進(jìn)行308次總循環(huán)來(lái)達(dá)到耐久性能檢測(cè)目的。試驗(yàn)步驟、內(nèi)容及周期如表1所示。

圖1 二十四通道耐久試驗(yàn)臺(tái)架及試驗(yàn)車

表1 二十四通道耐久試驗(yàn)計(jì)劃

3 試驗(yàn)結(jié)果及仿真對(duì)比

對(duì)ET樣車進(jìn)行二十四通道耐久試驗(yàn)，在試驗(yàn)100%完成時(shí)，發(fā)現(xiàn)后地板橫梁多處區(qū)域出現(xiàn)焊點(diǎn)開(kāi)裂現(xiàn)象，開(kāi)裂區(qū)域與ET數(shù)據(jù)CAE耐久分析的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)一致。如圖2-4所示。

圖2 樣車開(kāi)裂問(wèn)題

圖3 仿真開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)（鈑金）

圖4 仿真開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)（焊點(diǎn)）

4 原因分析及優(yōu)化方案

4.1 對(duì)標(biāo)車型分析

由圖5-7的結(jié)構(gòu)及料厚對(duì)比可知，該款新車型的橫梁料厚相對(duì)對(duì)標(biāo)車來(lái)說(shuō)較薄，另外在橫梁與縱梁的搭接處連接強(qiáng)度不足。

4.2 設(shè)計(jì)過(guò)程分析

設(shè)計(jì)過(guò)程如表2所示。

圖5 某款新車型

圖6 對(duì)標(biāo)車型A

圖7 對(duì)標(biāo)車型B

4.3 優(yōu)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(yōu)化方案一在ET原方案基礎(chǔ)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(dāng)加厚，同時(shí)增加兩端與縱梁連接處的搭接面積，并且增加焊點(diǎn)數(shù)量，如圖9所示。優(yōu)化方案二在優(yōu)化方案一基礎(chǔ)上進(jìn)一步減薄，如圖10所示。優(yōu)化方案三在優(yōu)化方案二基礎(chǔ)上進(jìn)一步減薄，如圖11所示。

表2 二十四通道耐久試驗(yàn)計(jì)劃

圖8 原方案

圖9 優(yōu)化方案一

圖10 優(yōu)化方案二

圖11 優(yōu)化方案三

4.4仿真對(duì)比

仿真分析結(jié)果方案一（圖12、圖13）和方案二（圖14、圖15）滿足耐久目標(biāo)，方案三（圖16、圖17）不滿足耐久目標(biāo)，考慮到輕量化，PT試制數(shù)據(jù)按方案二實(shí)施。

圖12 優(yōu)化方案一（鈑金）

圖13 優(yōu)化方案一（焊點(diǎn)）

圖14 優(yōu)化方案二（鈑金）

圖15 優(yōu)化方案二（焊點(diǎn)）

圖16 優(yōu)化方案三（鈑金）

圖17 優(yōu)化方案三（焊點(diǎn)）

5 實(shí)際道路整車耐久試驗(yàn)結(jié)果

ET試制樣車在完成綜合耐久試驗(yàn)和高強(qiáng)耐久試驗(yàn)之后，開(kāi)裂區(qū)域和開(kāi)裂形式與ET試制樣車二十四通道臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果完全一致。

PT試制樣車在完成綜合耐久試驗(yàn)和高強(qiáng)耐久試驗(yàn)之后無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，與仿真分析的結(jié)果完全一致。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)ET試制階段的臺(tái)架耐久試驗(yàn)及仿真對(duì)比分析，可以在ET試制樣車還沒(méi)跑完耐久試驗(yàn)的情況下，將PT試制數(shù)據(jù)優(yōu)化好，得到的PT試制樣車經(jīng)綜合耐久試驗(yàn)和高強(qiáng)耐久試驗(yàn)驗(yàn)證，最終試驗(yàn)結(jié)果滿足耐久需求。

臺(tái)架耐久試驗(yàn)的效率是實(shí)際道路試驗(yàn)的4倍以上[2]，并且通過(guò)幾款車型的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，臺(tái)架、仿真、實(shí)際道路試驗(yàn)的3種不同手段的試驗(yàn)結(jié)果能做到保持一致，這對(duì)縮短整車開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本具有重要的應(yīng)用價(jià)值。