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(duì)白車身剛度計(jì)算方法的分析，并結(jié)合大量試驗(yàn)來研究約束方式和擋風(fēng)玻璃對(duì)商用車白車身剛度的影響。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知：約束方式對(duì)商用車白車身扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度基本無影響，剛度偏差值在5%以內(nèi)。擋風(fēng)玻璃對(duì)商用車白車身扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)大，剛度提升幅度可高達(dá)111%;對(duì)商用車白車身彎曲剛度貢獻(xiàn)小，剛度提升幅度在5%以內(nèi)。文章所得出的結(jié)論在一定程度上能夠指導(dǎo)白車身剛度試驗(yàn)和修正白車身設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：商用車;白車身;扭轉(zhuǎn)剛度;彎曲剛度

中圖分類號(hào)：U463.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：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(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，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(guān)鍵性能的重要因素（如NWH、安全性、舒適性等性能），在車身設(shè)計(jì)階段對(duì)剛度進(jìn)行分析是必不可少的[1-2]。白車身剛度不足會(huì)造成車輛在行駛過程中駕駛室門框、窗框等變形較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致玻璃破碎，車門卡死，各部件產(chǎn)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(yè)的發(fā)展和人們對(duì)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(shè)計(jì)的早期對(duì)駕駛室設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)修正;一種是通過臺(tái)架試驗(yàn)的方式獲得，在駕駛室設(shè)計(jì)的后期對(duì)駕駛室設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和修正。在實(shí)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(tái)架試驗(yàn)獲得的剛度值能更準(zhǔn)確的驗(yàn)證指導(dǎo)白車身設(shè)計(jì)。為了獲得更加準(zhǔn)確的白車身剛度值，對(duì)影響白車身剛度的因素進(jìn)行分析研究十分必要，同時(shí)對(duì)指導(dǎo)白車身設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。本文通過對(duì)白車身剛度計(jì)算方法的分析，并結(jié)合大量試驗(yàn)來研究約束方式和擋風(fēng)玻璃對(duì)商用車白車身剛度的影響。

1 白車身剛度計(jì)算方法[4-5]

通常，白車身剛度評(píng)價(jià)的指標(biāo)有扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度。在白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(zhuǎn)剛度計(jì)算方法

白車身扭轉(zhuǎn)剛度是指白車身在外部扭矩作用下抵抗變形的能力。對(duì)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(shí)，車身結(jié)構(gòu)處于扭轉(zhuǎn)工況，車身產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，相對(duì)扭轉(zhuǎn)角示意圖如圖1所示，圖中H1、H2分別為加載點(diǎn)B1、B2（即左右懸置安裝點(diǎn)）在載荷方向上的位移，L為懸置左右間距離，θ為相對(duì)扭轉(zhuǎn)角。

則扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算公式為：

備注：M——為加載扭矩，單位：Nm;

θ——為相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，單位：°;

從白車身扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算公式可看出，影響扭轉(zhuǎn)剛度的主要因素是相對(duì)扭角，進(jìn)一步分析可發(fā)現(xiàn)影響扭轉(zhuǎn)剛度的最終因素為加載點(diǎn)的變形量。對(duì)于同一臺(tái)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(tài)（是否安裝擋風(fēng)玻璃）。

1.2 白車身彎曲剛度計(jì)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(chǎn)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(jì)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