汽車前副車架不僅是作為汽車懸掛連接部件與車身之間的一種輔助裝置，同時也是汽車底盤中重要零件之一，該結構常見于采用承載式車身的車型中。副車架的作用是阻礙振動和噪聲的傳播，減少其進入車廂，因此在主要出現在豪華的轎車和越野車上，有些汽車還在引擎裝上副架。傳統的承載式車身沒有副車架，其懸掛直接與車身鋼板相連的，所以前后車架的懸掛搖臂機構都為散件，易與路面、發動機激勵產生共振。在副車架誕生以后，可以將前后懸掛裝在副車架上，構成一個車架總成，然后再統一安裝到車身上。本文通過對副車架與前車架的連接的優化，以及對局部結構的優化來降低可能發生共振的概率。

一 副車架模型的建立

本文研究工作中，主要采用有限元前處理軟件Hypermesh建立汽車前車架有限元模型.如圖所示，為本有限元建模的基本流程^[1]，其中各操作所需的具體研究工作如下：

1）幾何模型的清理與簡化。在進行有限元網格劃分工作前，需要對副車架結構幾何模型進行幾何清理工作，修正模型導入時出現的錯誤孔、面、線和因軟件之間兼容性產生的錯誤。由于有限元結構時對實際模型的近似處理，因此在有限元模型建立時，可以在不影響模型整體力學特性上進行適當的幾何簡化，刪除對結構無影響或者影響細微的結構，以減少有限元模型建立的工作量。

2）網格劃分。網格單元類型的正確選取不僅直接影響有限元分析計算的準確度，而且還會影響有限元分析計算的時間，在建立模型過程中，通常以四邊形單元為主、三角單元為輔相的方式來進行網格劃分．

3）網格質量的檢驗。根據副車架的結構特性，長度、寬度遠遠大于厚度，故采用殼單元來進行網格劃分，經過對副車架網格的多次劃分和網格質量的對比，最終以8mm的四邊形單元來進行網格劃分。對于過渡曲面和可能發生局部應力集中的細節采用三角單元進行劃分，充分發揮三角單元的特點，使網格質量得到更好的優化。最終劃分的網格單元個數為443840，節點為375655，單元質量檢查規范見表１.

邊形單元 翹曲角/（°）	單元邊長比	四邊形單元最小內角/（°）	四邊形單元最大內角/（°）	三角單元最小角/（°）	三角單元最大內角/（°）	單元最小尺寸/mm
<20	<2	>20	<140	>17	<150	>3

4）材料定義。根據副車架的結構選取材料剛作為模型屬性，屈服極限420MPa，彈性模量210000Pa，泊松比0.3，密度7800kg·m^-3。

二 副車架有限元分析

對轎車副車架進行模態分析，了解其應力情況和承載特性，在給定工況的情況下進行模態分析，提取副車架與車身的連接點和載荷激勵。然后根據副車架在整車上的實際約束狀態進行約束，副車架與車架有四個螺栓進行連接，約束其在X，Y，Z三個方向的平動自由度。然后對其進行模態計算，前副車架的安裝模態105.7HZ。根據相關文獻調查，在高速公路和一般城市的路況，路面激勵頻率大都在25Hz以下^[2-3]。汽車在怠速、正常行駛和加速行駛等不同的路面工況下的發動機轉速有所不同，發動機傳遞至副車架的激勵也不同。由發動機激振頻率公式為：

式中：z—發動機缸數；ω—發動機轉速;t—發動機沖程數。

對加速振動噪聲控制存在風險，如105Hz-3150r/min，128Hz-3840r/min，發動機的激振頻率與該副車架的低階頻率接近有可能會引起共振，從而影響汽車行駛平順性和副車架的使用壽命，所以有必要對副車架的低階頻率進行優化改進提高其性能。

副車架安裝模態分析

副車架模態分析 

三 結構的優化設計

3.1 結構優化依據

假設板的質量為（1,1）階模態的等效質量為

固有頻率表達為質量和剛度的關系為

，將這兩個表達式代入式（1-1），根據模態頻率公式得到剛度的表達式為：

發現導致副車架安裝模態低的原因可能是：副車架、減震器塔、導水槽的剛度為串聯結構 ，雖然副車架模態較高，但未形成封閉閉環，造成安裝剛度不足。105Hz峰值主要由于減震器塔、導水槽未形成封閉閉環造成；128Hz峰值主要由于減震器塔與縱梁剛度不足造成。

4.2 優化方案

修改導水槽活動板結構，使得活動板與車身連接結構由結構十導水槽活動連接板向-Z向延伸40mm（如圖所示），導水槽內增加加強板件，厚度為1.5mm，并增加螺栓連接（如圖所示）

修改縱梁外板結構，由于凹槽結構不利于縱梁Y向抵抗彎曲剛度，所以填平凹槽并起筋，增加截面抗彎矩慣性矩，在圖示位置增加5mm起筋，如圖所示：

進行優化后的副車架進行FRF分析。優化前副車架二階模態為105Hz，優化后模態提升6Hz,三階模態128Hz提升至131Hz,在模態頻率上有明顯的提升；副車架Z向加速度由105Hz時0.152m/s² /N減少至0.088m/s² /N，降低了42.1%，128Hz時0.14m/s² /N減少至0.068m/s² /N，降低了51.4%。

五 結論

以某轎車副車架為研究對象，基于HyperWorks有限元前處理軟件分析。表明結果：（1）副車架的二階三階模態頻率與發動機105Hz-3150r/min,128Hz-3840r/min轉速時激振頻率較為接近從而可能會產生共振現象;（2）為了避免共振現象發生，對車架減震器塔、導水槽、縱梁進行結構優化以避免共振的發生，為工程改善車架結構提供了寶貴意見；（3）對優化后的副車架進行FRF分析，不僅二階模態和三階模態提升了5Hz左右，在Z向的加速度減少了45%以上，具有重要的實用價值。