輕量化車身性能目標(biāo)的研究和應(yīng)用

王叢，湯湧，麻桂艷

（華晨汽車工程研究院質(zhì)量項(xiàng)目管理室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

前言

汽車輕量化是近幾年行業(yè)內(nèi)最重要的設(shè)計(jì)方向，各大主機(jī)廠在推出換代產(chǎn)品時(shí)，都會(huì)對(duì)整車重量有嚴(yán)格的限制要求，而車身重量又在整車重量占有相當(dāng)大的比重，因此在車身的重量目標(biāo)限制下，就要求白車身的開發(fā)既要滿足各項(xiàng)性能目標(biāo)又要滿足輕量化的設(shè)計(jì)理念，所以對(duì)車身的性能目標(biāo)定義的準(zhǔn)確性和實(shí)用性就有了更高的要求。

1 性能目標(biāo)定義流程

依據(jù)項(xiàng)目車型的主時(shí)間計(jì)劃，在項(xiàng)目立項(xiàng)后，針對(duì)項(xiàng)目定義的主要市場(chǎng)競(jìng)品車型，開展競(jìng)品分析，然后綜合競(jìng)品分析結(jié)果和性能庫(kù)中的性能值定義初版的車身性能目標(biāo)，再后對(duì)初版性能目標(biāo)進(jìn)行評(píng)審及驗(yàn)證，最后確定終版性能目標(biāo)值，詳見圖1。

圖1 性能目標(biāo)定義流程圖

2 車身性能庫(kù)

針對(duì)車身的主要性能項(xiàng)，通過(guò)收集和整理，建立相應(yīng)的競(jìng)品車型的車身性能庫(kù)，性能庫(kù)中應(yīng)包含如下信息：車型狀態(tài)信息（如品牌、車型、上市時(shí)間、尺寸、軸距、輪距等）、重量、扭轉(zhuǎn)剛度、一階整體扭轉(zhuǎn)模態(tài)、一階整體彎曲模態(tài)[1]等。車身性能庫(kù)的建立是一項(xiàng)長(zhǎng)期的積累工作，庫(kù)中的樣本車型越多越具有行業(yè)普遍性，因此需要長(zhǎng)期堅(jiān)持樣本車型數(shù)據(jù)的積累。

3 扭轉(zhuǎn)剛度目標(biāo)的定義

車身的扭轉(zhuǎn)剛度是衡量車身性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)整車的操控性能和 NVH性能都有較大的影響[2]。在整體汽車行業(yè)內(nèi)車身扭轉(zhuǎn)剛度的試驗(yàn)測(cè)試方法基本一致，因此車身的扭轉(zhuǎn)剛度值具有較好的橫向?qū)Ρ刃?。但在橫向?qū)Ρ戎靶枰_認(rèn)試驗(yàn)時(shí)的車身自然狀態(tài)（如試驗(yàn)車身是否包含風(fēng)擋玻璃、前后副車架、前防撞橫梁、儀表板橫梁等），只有試驗(yàn)車身自然狀態(tài)一致的情況下，才可進(jìn)行結(jié)果的對(duì)比。

在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度目標(biāo)定義時(shí)，首先對(duì)性能庫(kù)中對(duì)應(yīng)的車型數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，篩選條件為車型相同（如 SUV、兩廂車、三廂車、MPV、是否承載式車身結(jié)構(gòu)等[3]），然后基于篩選結(jié)果繪制扭轉(zhuǎn)剛度性能曲線圖，如圖2所示。

圖2 扭轉(zhuǎn)剛度性能曲線圖

在圖2中，橫坐標(biāo)為軸距，縱坐標(biāo)為扭轉(zhuǎn)剛度值，圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表一臺(tái)競(jìng)品車的試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)這些競(jìng)品樣本可以粗略的繪制一條趨勢(shì)線，這條趨勢(shì)線代表在行業(yè)內(nèi)車身扭轉(zhuǎn)剛度與軸距的一個(gè)平均水平，再依據(jù)我們要定義的車型軸距與趨勢(shì)線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)剛度值就可以做為初版的扭轉(zhuǎn)剛度目標(biāo)，最后依據(jù)車型的市場(chǎng)定位（如是否有高于市場(chǎng)競(jìng)品的操控性和NVH要求），對(duì)此目標(biāo)值進(jìn)行二次修正，這時(shí)就可以確定該車型的車身扭轉(zhuǎn)剛度性能的初版目標(biāo)值。

4 整體彎、扭模態(tài)目標(biāo)的定義

車身的一階整體彎、扭轉(zhuǎn)模態(tài)，是衡量車身NVH性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通?；贜VH部門定義的模態(tài)分布圖所要求的區(qū)間，車身設(shè)計(jì)人員盡可能的提高一階整體彎、扭轉(zhuǎn)模態(tài)結(jié)果，力求得到一個(gè)最好的NVH效果，其定義方法基本同扭轉(zhuǎn)剛度目標(biāo)的定義方法一致，首先對(duì)性能庫(kù)中對(duì)應(yīng)的車型數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行篩選， 同樣要求試驗(yàn)車身的自然狀態(tài)一致。然后基于篩選結(jié)果繪制一階整體彎、扭模態(tài)性能曲線圖，如圖 3、圖4所示。

圖3 扭轉(zhuǎn)模態(tài)性能曲線圖

圖4 彎曲模態(tài)性能曲線圖

在圖3和圖4中，橫坐標(biāo)為軸距，縱坐標(biāo)為扭轉(zhuǎn)、彎曲模態(tài)值，圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表一臺(tái)競(jìng)品車的試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)這些競(jìng)品樣本可以粗略的繪制一條趨勢(shì)線，這條趨勢(shì)線代表在行業(yè)內(nèi)車身扭轉(zhuǎn)剛度與軸距的一個(gè)平均水平，再依據(jù)我們要定義的車型軸距與趨勢(shì)線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)剛度值就可以作為初版的扭轉(zhuǎn)剛度目標(biāo)，最后依據(jù)車型的市場(chǎng)定位（如是否有高于市場(chǎng)競(jìng)品的操控性和NVH要求），對(duì)此目標(biāo)值進(jìn)行二次修正，這時(shí)就可以確定該車型的車身扭轉(zhuǎn)、彎曲模態(tài)性能的初版目標(biāo)值。

5 結(jié)論

通過(guò)以上所述車身主要性能目標(biāo)的分析方法，可以在項(xiàng)目前期快速的擬定車身的主要性能目標(biāo)，再依據(jù)中后期 CAE的分析驗(yàn)證，對(duì)性能目標(biāo)進(jìn)行修正，極大的提高了性能目標(biāo)定義的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。