某车身消排悬挂系统的结构改进

庞庆 严香 黎海 谢贵山

摘 要：通过对现有车型消排悬挂系统结构存在的问题分析，提出车身结构改进方向，落实改进设计方案，最后通过ANSYS软件建立有限元模型进行理论校核分析，分析结果和结构改进预期效果达到一致。改进方案一方面增强了消排悬挂系统的车身局部模态;另一方面提高了悬挂系统车身结构的局部抗扭，抗弯动刚度，能够有效减轻悬挂系统的抗振动性，改善NVH性能。为后续消排悬挂系统车身结构设计开发提供设计经验和设计方向。

关键词：吊钩;支撑杆;动刚度;消排悬挂车身结构

1 前言

随着国家对汽车性能要求的日益提高，改善NVH性能已成为汽车厂家亟待解决的问题。本文通过对某车型消排悬挂系统结构优化改进，提高消排悬挂系统车身结构的动刚度，模态，并借助于UG三维软件建立消排悬挂车身改进结构的车身几何模型，把模型导入到ANSYS软件里面，建立有限元模型3D数模进行理论分析，充分验证消排悬挂系统改进方案的有效性，能够有效降低整车消排振动，提高整车的NVH性能。

2 某车型消排悬挂车身结构存在的问题和性能分析

某车型消排悬挂系统车身结构由单一吊钩组成，缺少支撑杆做加强结构，导致抗振，抗弯刚度存在不足，在整车行驶过程中，车辆上下振动时车身结构容易变形，易引起NVH振动问题。另在制造方面现有车型车身吊钩结构和支架进行焊接时，圆柱面匹配搭接容易转动不稳定，易导致生产质量偏差，不利于生产一致性保证，对整车性能也造成一定异响。某车型消排悬挂系统车身框架结构见图1。

针对某车型消排悬挂车身结构运用UG三维软件建立分析模型，把模型导入到ANSYS软件里面，利用Hypermesh 软件对有限元模型进行网格化处理，整车模型建立成功以后，在整车前悬，后悬增加约束，在BIW接附点位置施加三方向的单位载荷，在有限元模型下，对消排悬挂车身结构进行理论性能分析。从分析动刚度结果曲线上看，现有消排悬挂车身结构在X向动刚度均≤目标500N/mm要求，在262Hz以上，Y向动刚度≤目标500N/mm要求，在72Hz以上，Z向动刚度≤目标500N/mm要求。局部模态方面只有4.203713E+02Hz。详细分析数据见图2所示。

3 确认现有消排悬挂车身结构改进方向和方案

通过以上对消排悬挂车身结构的缺陷问题和理论分析，再结合现有车型消排悬挂安装结构存在的问题，从提高消排悬挂车身结构Z向动刚度，模态方向入手，对现有消排悬挂车身结构提出以下改进方案：

a、消排悬挂系统通过Z向增加吊钩支撑杆的结构设计，对消排悬挂做Z向支撑，提高结构抗压变形，抗振的能力，有效提高系统抗扭，抗弯刚度。

b、吊钩支架匹配面上增加2道定位筋条设计，对吊钩起到限位约束作用，防止零件在装配时旋转移动，起到装配预定位的有效作用，方便零件装配进行焊接，改善零件的制造工艺。

c、吊钩支撑杆采用端头扁平结构设计，零件通过墩压成型，相比现有圆柱端头结构设计，采用扁平结构后，吊钩支撑杆在装配焊接过程中，平面搭接更稳定，更容易匹配定位焊接，从而改善了零件的焊接装配制造工艺，提高了人机操作的可行性。

通过实施以上结构改进方案，新消排悬挂车身结构可以有效提高悬挂系统的抗扭，抗弯曲能力，以及改善整车行驶中消排悬挂系统NVH性能。详细的消排悬挂系统车身结构改进方案见图3所示。

4 车身消排悬挂系统结构改进后的模态，动刚度理论分析

4.1 有限元分析模型的建立

针对消排悬挂车身改进结构运用UG三维软件建立分析模型，把模型导入到ANSYS软件里面，利用Hypermesh 软件对有限元模型进行网格化处理，整车模型建立成功以后，在整车前悬，后悬增加约束，在BIW接附点位置施加三方向的单位载荷，在有限元模型下，对改进后的消排悬挂车身结构进行动刚度，模态分析，改进后消排悬挂理论有限元网格模型见图4：

4.2 有限元模型计算分析结果

从分析结果数据得出，消排悬挂系统性能改善效果明显，与前期消排悬挂车身结构改进方向分析一致，达到预期改进的目的。从实际动刚度分析结果曲线上看，很明显改进后车身结构动刚度在X，Y，Z三个方向上，均满足了≥目标500N/mm要求，且结果呈线性趋势较好。另外结构局部模态方面由4.203713E+02Hz提高到7.522707E+02Hz，提高幅度达到79%，改善效果也十分显著。具体分析效果数据见图5所示。

5 总结

消声器的悬挂车身结构需具备一定的承重能力和减振性能。本文通过对现有某车型消排结构存在的问题案例分析，提出现有某车型消排悬挂系统的车身结构改进方向，并制定实际的改进方案。如对吊钩增加加强支撑杆结构设计，优化吊钩支架的端头结构，改善零件结构易焊接性和制造工艺。另通过ANSYS软件建立有限元模型进行理论校核分析，分析结果和结构预期改进效果达到一致，提高了消排悬挂系统车身结构的局部抗扭，抗弯动刚度，能够有效减轻悬挂系统的抗振动性，改善NVH性能，从而提高了乘客整车乘坐的舒适性和安全性。为后续消排悬挂系统车身结构提供了设计经验和方向。

参考文献：

[1]周昌玉，贺小华.《有限元分析的基本方法及工程应用》.化学工业出版社2006.

[2]耿鹏飞，石岩《汽车排气系统噪声数值仿真分析与结构优化、噪聲与振动控制》  2015，35（05）：121-125.

[3]陈家瑞等《汽车构造》人民交通出版社 2005.9.