白车身结构NVH优化技术分析

赖水长 刘星

摘 要：汽车系统具有较高的复杂性，它的NHV性能通常被分解成多个系统来研究，其中车身系统是汽车NHV性能的响应器，在性能研究者占据重要地位。在车型升级过程中，随着设计方案的改变，车身NHV性能优化难度增加。从小部件着手提高整车NHV性能具有重要意义，这也是文章研究的重点。

关键词：白车;车身结构;NVH优化技术

随着时代的不断进步和发展，汽车的使用已经具有极强的普遍性，消费者着重于汽车的外形美观性和设计性能的优化，但是在环境污染等能源危机的影响下，对于汽车的使用设计中，只有开展节能环保类型的设计方式才可以让汽车行业呈现出可持续发展的状态，但是如何设计出优化型汽车是汽车设计中的难点问题，同时一个国家的设计水平可以直接呈现出这个国家的科技水平进步方式，所以在汽车设计的源头开始探索出特有的汽车结构，将汽车变为新能量的汽车结构并优化汽车的车身结构。在目前我国汽车行业的制造水平较其他发达国家还存在一定的差距，而汽车的车身又是汽车的重要组成部分，它的好坏直接影响着汽车的使用，所以为了促进行业的不断进步，通过对汽车的优化设计提升汽车的使用性能是尤为重要的。

1 白车身NHV优化零部件的确定

1.1 有限元建模

文章针对商用白车身进行结构简化，选择壳单元构建有限元模型，利用刚性单元模拟各个焊点，建立的白车身模型包括大量单元，四边形单元占总数的96%。

1.2 模型分析及模型修正

进行白车身模态试验时，利用弹性绳使白车身保持在自由状态，保证车身水平。采用单点激励、多点拾取的试验方式，选择147个测试点，在每个测点周围设置三台传感器。在车架悬架位置选择恰当的测试点，并进行随机的信号激励。将测试点坐标输入软件，进行白车身建模，并计算传递函数，确定白车身的振型和固有频率。通常来说，试验分析和仿真试验结果存在一定偏差，这是因为模拟焊点的连接刚度和实际有所差别。利用软件进行建模时，应选择多个类型的模拟焊点。根据实际情况，此次选择RBE2单元模拟焊点。由于这一单元建立在连接板节点上，节点连线与连接板不垂直，因此要进行单元调整，确保两个节点的连线与连接板垂直，通过修正增强白车身刚度。

1.3 白车身NHV薄弱部分及优化部件选择

从模态分析结果看，为了增加整个白车身的动态特性，应以车顶棚、后侧围作为重点改进区域，具体改进方法要结合具体部位确定。通常会实行改变结构刚度、隔振、增加阻尼、添加筋板等措施，降低部件振动幅度和车内噪声，提高车身的NHV性能。在车身结构刚度调整方面，可选择拓扑优化、尺寸优化等方式，其中车顶棚是车身模态变化明显的部位，会产生较大噪声。文章主要以车顶棚结构优化为例，讨论调高整车NHV性能的措施。

2 汽车车身结构设计对整个汽车的影响

在汽车行业的发展中，汽车已经逐渐成为人们生活中必不可少的一件物品，随着时代的进步，人们对汽车使用方面的要求也越来越高，既要确保外观的美观性又要确保使用中的性能和安全性，汽车行业在满足人们要求的基础上逐渐增加了汽车使用中的舒适性、安全性和轻量化的效果，而对汽车的轻量化设计是最为重要的，它可以在保证汽车环保的基础上减低耗油量的使用，同时在确保汽车性能的有效性基础上用大量的轻质新型材料将汽车车身设计地更加轻便从而可以有利于驾驶者更好的操控汽车，如果有意外发生的时候轻量化车身也保证了汽车的安全性和稳定性。

3 优化措施

文章使用的软件是在有限元基础上的结构改进设计软件，能提供形貌优化、尺寸优化、拓扑优化等优化方法。文章针对车顶棚部件的优化设计，关键在于增强其刚度，通过在车顶棚找准最佳的加强筋分布格局和数量，达到形貌最优化的目的。从这一角度看，在结构优化过程中，应选择形态优化方式。通过计算数学模型，可得到具体的优化方案。优化设计包括设计变量、约束条件、目标函数三要素，通过形貌优化，将去除加强筋的模型作为优化模型，在明确优化区域后，设定相应的约束条件、目标函数和加强筋参数。这里的约束条件是指约束车顶棚四边的自由度，并将加强筋的起筋角、起筋宽度、起筋宽度、加强筋截面形状等参数导入软件，可在软件系统中完成优化设计过程。以车顶棚固有频率为目标函数，在多次迭代后得到变形图。

从变形图可看出，在车顶棚长度方向设置三条加强筋，经过处理后，将优化后的变形云图转换成IGES格式，可得到不规则的曲面，这时要结合生产手段进行调整，调整后的车顶棚结构参数如下：加强筋的强度为2200mm，起筋宽度为30mm，起筋高度为3.5mm，起筋角度为45°，相邻两条加强筋间的宽度为70mm。

对优化调整后的车顶棚模型进行分析，可发现固有频率相较于原来的有所提高，钢度有明显提高。另外，为了比较分析加强筋部件优化前后的车顶抗凹性能，此次在车顶棚模型、优化后模型以及去加强筋模型上选择20个测试点，在其上施加250N的集中载荷，并约束车顶棚的全部自由度，可得到上述三个模型变形情况。

结果表明，加强筋优化后的结构变形量相较于原有结构有所减小，说明经过优化设计后，车顶棚抗凹性能明显提高。将优化的车顶棚结构安装在白车身模型中，进行模态分析后，可发现白车身各阶频率明显提高。这一试验结果和之前的模态分析一致，模态分别是车顶棚振动幅度较大的状态、对应车顶棚前三阶状态。在实际结构设计中，可采用上述优化设计方法，从车顶棚结构优化着手，提升整个车身NHV性能，确保其满足设计需求。

4 结束语

在汽车升级改进过程中，提高其NHV性能是设计重点。文章采取模态分析等手段，可将整车性能优化目标落实到各个部件结构改进设计上。在确定薄弱部件后，提出结构优化对策，制定全方位的优化方案。实践表明，优化后的车身结构NHV性能明显提高。

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