车身刚度对汽车操纵稳定性的影响研究

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1、车身刚度对汽车操纵稳定性的影响研究汪侃磊(上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201804)【摘要】引入振动载荷传递路径上系统刚度的概念，梳理了车身刚度的分类和物理意义。明确了整体静刚度及连接点的局部静刚度、动刚度是提升系统刚度的关键。并通过介绍某车型的具体案例，研究了如何通过优化车身刚度，特别是车身局部刚度来提升汽车操纵稳定性。【Abstract】Thedefinitionofsystemstiffnessandthetypesofbodystiffnessandtheirphysicalmeaning

2、areintroduced．Thecontributionstothedrivingdynamicoftheglobalstaticstiffness，loadpathrelevantlocalstaticanddynamicstiffnessarestudiedindetailbysomeexample．【关键词】车身刚度操纵稳定性汽车doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2014．08．06荷首先作用在底盘系统上，之后再通过底盘系统0引言与车身的连接界面传递到车身上。因此，只有保证振

3、动载荷传递路径上整个系统的刚度，才能真影响汽车操纵稳定性的原因有许多。长期以正满足操纵稳定性的要求。整个系统的刚度可以来，主要的研究都集中在行驶系、转向系及制动系根据串联刚度计算方法得到111l11⋯等方面。而车身刚度被认为是评价车辆设计可靠一Ktot~l一K+。+。+。K4⋯一K()性和整体安全性能的重要指标，主要的研究也都ln式中：K。【aJ代表整个系统的刚度；K、K2、K3⋯代集中在车身刚度与结构耐久或NVH舒适性的关表载荷传递路径上底盘、车身等各个子系统的刚系方面。但汽车操纵稳定性是一个系统集成的问

4、度题，将底盘系统的性能表现与车身刚度独立开来研究显然是不够全面的。搞清楚车身刚度对汽车操纵稳定性的影响无疑是很有必要的。随着国内2车身刚度的分类及物理意义汽车市场的快速发展，自主开发的车型逐渐增多，这一领域的研究将是汽车企业提升系统集成能车身刚度主要包括静刚度、动刚度和模态几力，提升车身开发能力的重要切入点。大类。其中，车身模态研究的是车身的振动固有频率及振型，通过避免车身在道路及动力总成激1系统刚度的概念励下发生共振来提高驾乘舒适性。显然，与操纵稳定性的关联度不高。接下来，重点介绍车身静车身刚度对于汽车操

5、纵稳定性的影响更多集刚度、动刚度的分类和物理意义。中在转向稳定性上。这时，来自于路面的振动载车身静刚度指车身结构在静载荷下抵抗变形收稿El期：2014—06—10上海汽车2014．08·21·的能力；静刚度分为整体静刚度和局部静刚度两点的动刚度。类。其中，整体静刚度常见的有扭转刚度和弯曲通过上述分析可以看到，车身整体静刚度、车刚度，前者体现车辆在凹凸不平的路面上车身承身与底盘连接点的局部静刚度、动刚度是提升整受反对载荷发生扭曲的抵抗能力，后者体现乘客个系统的刚度进而提升操纵稳定性的关键项目。和行李等载荷造成

6、车身弯曲的抵抗能力。显然，接下来，就介绍一下车身整体刚度及局部刚度的车身整体静刚度体现了车身作为整车骨架的总体提升方法及一些具体实施案例。性能，是上文提到的振动载荷传递路径上车身结构刚度的基础。3车身刚度的提升方法局部静刚度则主要体现局部结构抵抗静载荷的能力。本文重点关注车身与底盘关键系统连接点以车身刚度的提升方法首先要考虑车身整体刚及整个载荷传递路径上车身结构的局部静刚度。度的提升，建立好的基础。车身动刚度指车身结构在动载荷下抵抗变(1)在概念搭建的前期阶段，可以通过几何形，阻隔噪声和振动传递的能力；本文

7、重点关注车拓扑优化的方法确定基本的有助于提升车身整体身与底盘关键系统连接点的动刚度。刚度的结构布局。车身静刚度和动刚度的关系可以通过图1所(2)在逐步结构细化的过程中，重点考虑车示的简化模型来体现。身骨架的连接完整性。比如，在去掉大板件(如侧围、门盖等外覆盖件或者地板、防火墙、座椅板、备胎舱等)后车身骨架还是否能完整地互相焊接在一起。(3)在骨架搭建并连接完整后，则要考虑如何选择最合适的接头和断面。这一阶段，重点是图1静刚度与动刚度关系的简化模型做到兼顾空间占用、重量成本和截面性能的平衡，如图2所示。静刚度

8、的定义F(2)：一而动刚度的微分方程为mx'+c+=t)(3)由于激振力为简谐振动，则位移、速度、加速度稳定后的响应也为简谐振动。力与位移做复数变换如下：f=Fg；=Xg，则微分方程可以变换为图2车身刚度的提升方法(一nz+∞c+)X=F(4)接下来，就要重点考虑振动载荷传递路径上得到动刚度计算式的结构优化，以及底盘连接点局部静刚度及动刚．度的提升。在这一阶段，需要建立基于有限元分ZD==一∞，n+(oc+(5)