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在新的車身結(jié)構(gòu)開發(fā)初期，設(shè)計(jì)工程師需要盡快知道當(dāng)前設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。使用傳統(tǒng)有限元方法進(jìn)行求解，面臨網(wǎng)格剖分、邊界條件設(shè)置、模型裝配、求解計(jì)算等一系列的工作，幾輪迭代下來也需要幾天的時(shí)間。因此有限元仿真分析往往跟不上現(xiàn)在快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代的腳步。

具有豐富的沖壓分析經(jīng)驗(yàn)，熟悉白車身設(shè)計(jì)開發(fā)及成本構(gòu)成，已完成多個(gè)項(xiàng)目的可行性優(yōu)化分析及降本工作，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在多個(gè)大型主機(jī)廠成功運(yùn)行RSES解決方案。

因此，設(shè)計(jì)過程中需要對白車身模態(tài)特性進(jìn)行模擬分析，以優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)的振動特性，避免發(fā)生共振和異響，并觀察振動頻率及振型狀態(tài)，確定是否進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以加強(qiáng)車身局部剛度，提升其穩(wěn)定性和安全性[2]。1 計(jì)算方法白車身近似為多自由度線性無阻尼振動系統(tǒng)，其振動方程為[3]式中，M 為白車身質(zhì)量矩陣；K 為白車身剛度矩陣； X?? 和 X 分別為節(jié)點(diǎn)加速度、位移矢量。

車身前期概念設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是從總體上把握車身的結(jié)構(gòu)形式和各項(xiàng)性能指標(biāo)，忽略車身細(xì)節(jié)。在概念設(shè)計(jì)階段所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)缺陷無法在今后的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行修補(bǔ)，因此在概念設(shè)計(jì)階段快速建立白車身概念模型非常重要。在白車身第一版CAD數(shù)據(jù)發(fā)布之前，快速建立白車身概念模型并快速進(jìn)行性能評估和方案迭代已經(jīng)成為車型開發(fā)流程中必不可少的手段，可以大大縮短車型開發(fā)時(shí)間。

傳統(tǒng)的白車身開發(fā)流程以線框車身結(jié)構(gòu)及截面設(shè)計(jì)為起點(diǎn)，設(shè)計(jì)出 CAD 數(shù)據(jù)后通過 CAE 校核反饋，再 優(yōu)化設(shè)計(jì)，見圖 1。

試驗(yàn)?zāi)康墨@得白車身的模態(tài)參數(shù)（固有頻率、阻尼比、振型），為白車身有限元模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。2. 試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)由試驗(yàn)激振系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模態(tài)分析處理系統(tǒng)3大部分組成。其中試驗(yàn)激振系統(tǒng)包括信號發(fā)生模塊、功率放大器和激振器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括加速度傳感器、力傳感器、信號放大和智能采集系統(tǒng)。常用的激勵(lì)信號包括瞬態(tài)沖擊信號、正弦信號、隨機(jī)信號、周期信號等。

對于電泳過程來說，可以通過虛擬方案對各種設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如：油箱尺寸，電泳過程中白車身的運(yùn)行軌跡、線速度和幾何細(xì)節(jié)。采用CFD仿真工具如PreonLab，不僅可以提供高精度的仿真結(jié)果，也可以有效的精簡仿真流程、縮短仿真時(shí)間，對于白車身電泳過程的設(shè)計(jì)優(yōu)化有很大助益。

變形后的模態(tài)及剛度值都沒有達(dá)到目標(biāo)值要求，我們對變形后的車身進(jìn)行了性能提升分析。由于基準(zhǔn)車身的白車身模態(tài)剛度都不滿足目前新車型的目標(biāo)值，說明之前的車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的典型截面參數(shù)都不很理想，經(jīng)過加長、加寬、加高的變形后性能更差。因此對于影響白車身模態(tài)剛度的典型截面進(jìn)行了參數(shù)化變形設(shè)計(jì)（見圖3-5），并且對局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

“白車身”是汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過程中的概念，是完成焊接但未涂裝之前的車身，不包括四門兩蓋等運(yùn)動件。即車輛的鋼鐵或鋁合金骨架結(jié)構(gòu)，它構(gòu)成了整個(gè)車輛的骨架框架，為車輛提供了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和支撐。這種未經(jīng)裝飾的車身結(jié)構(gòu)通常呈現(xiàn)出金屬原色，因此被稱為“白車身”。 BIW是汽車制造的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)支持引擎、底盤、懸掛系統(tǒng)、車身外殼以及內(nèi)部組件，同時(shí)也影響了車輛的性能、安全性和駕駛體驗(yàn)。

04 最 后 通過上述，我們對于這5款車身的材料、結(jié)構(gòu)、連接工藝有了初步了解，但是根據(jù)目前白車身的發(fā)展，鋼鋁混合更加是目前一個(gè)趨勢，具有利于量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)輕量化與成本的均衡。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，相信鋼鋁車身的結(jié)構(gòu)會更加成熟。

同時(shí)，這家公司老工程師和他的團(tuán)隊(duì)分別拆解了特斯拉Model3、寶馬i3、雪佛蘭Bolt，并做了比較，發(fā)現(xiàn)了特斯拉Model3的致命設(shè)計(jì)缺陷：車身、重量，以及搭配的隔板設(shè)計(jì)時(shí)都沒有考慮可制造性，Model 3 的白車身存在嚴(yán)重的過度設(shè)計(jì)。 特斯拉的初衷是，通過各個(gè)部位結(jié)構(gòu)件的加強(qiáng)設(shè)計(jì)來提升 Model 3 的被動安全性。

圖6 白車身彎曲剛度分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果5 總結(jié) 本文對焊點(diǎn)類型進(jìn)行了研究，找出合理的焊點(diǎn)等效方法，并應(yīng)用于汽車白車身的分析，將CAE分析值與實(shí)驗(yàn)方法獲得的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，得出基于5×5mm的網(wǎng)格采用等效acm焊點(diǎn)模型計(jì)算的白車身模態(tài)、扭轉(zhuǎn)剛度及彎曲剛度值與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差均在5%以內(nèi)，一致性較好。研究結(jié)果對于指導(dǎo)白車身的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作有參考價(jià)值，也有助于縮短開發(fā)周期。

它涉及到更高層次的結(jié)構(gòu)振動，其特征是在結(jié)構(gòu)的振型中至少存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)中，白車身的振型會在至少一個(gè)軸線上展現(xiàn)出相反方向的扭轉(zhuǎn)，形成一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)是車身扭轉(zhuǎn)振動幅度最小或?yàn)榱愕狞c(diǎn)，使得車身在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的部分以相反方向扭轉(zhuǎn)。對于二階彎曲模態(tài)，同樣會觀察到至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使得車身在該節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的部分呈現(xiàn)出相反的彎曲方向，類似于“S”形的振型。3.

車身剛度直接影響車身的疲勞強(qiáng)度性能、被動安全性能、NVH 性能等。因此，在車身設(shè)計(jì)過程中，必須保證車身結(jié)構(gòu)的剛度性能滿足要求，再對其針對強(qiáng)度、疲勞、碰撞安全性、NVH 等進(jìn)行優(yōu)化，以設(shè)計(jì)出安全可靠的汽車車身。

車身是汽車行駛運(yùn)動過程中的主要承載體。車身由大量的部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件也十分復(fù)雜。主要的工作載荷包括：驅(qū)動慣性力，制動慣性力，轉(zhuǎn)向慣性力，不平路面激勵(lì)力和動力結(jié)構(gòu)載荷等等。如果車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剛度設(shè)計(jì)不足，則車身的振動頻率會引起結(jié)構(gòu)共振，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)度失效（產(chǎn)生塑性變形），進(jìn)而導(dǎo)致車門、窗框、背門框等變形過大。最終導(dǎo)致車門卡死、玻璃破碎、密封失效、漏氣漏水等問題。

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)，例如白車身扭轉(zhuǎn)剛度，CAE 部門進(jìn)行初步斷面分析，在簡單的模型中 輸入斷面參數(shù)，使白車身性能達(dá)到目標(biāo)值； CAE 部門將斷面參數(shù)交 CAD 部門，設(shè)計(jì)人員根據(jù)造型、工藝等要求進(jìn)行計(jì)劃圖設(shè)計(jì)，確 定主要斷面形狀； CAE 部門進(jìn)行主要斷面分析； 隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完成，CAE 部門建立完整、正確的有限元模型進(jìn)行分析，進(jìn)行準(zhǔn)確斷面分 析，最終確定斷面形狀。

儀表線束線線對接均為公端連接器連接，框架與公端連接器組合完畢后集成于儀表線束總成中，采用卡扣形式直接固定于白車身上，無需額外標(biāo)準(zhǔn)件固定。母端連接器插接方向均為－x 軸方向，確保了裝配可行性。框架結(jié)構(gòu)及其所需裝配空間全平臺狀態(tài)一致，周邊系統(tǒng)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行避讓設(shè)計(jì)，連接器數(shù)量在高低配車型上的差異對周邊系統(tǒng)無影響。

儀表線束線線對接均為公端連接器連接，框架與公端連接器組合完畢后集成于儀表線束總成中，采用卡扣形式直接固定于白車身上，無需額外標(biāo)準(zhǔn)件固定。母端連接器插接方向均為－x 軸方向，確保了裝配可行性?？蚣?em>結(jié)構(gòu)及其所需裝配空間全平臺狀態(tài)一致，周邊系統(tǒng)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行避讓設(shè)計(jì)，連接器數(shù)量在高低配車型上的差異對周邊系統(tǒng)無影響。

白車身剛度實(shí)驗(yàn)是評估白車身剛度的一種方法，通過在實(shí)驗(yàn)室中施加一定的力量來測量白車身的變形情況，從而確定其剛度。在實(shí)驗(yàn)中，需要使用高精度的位移傳感器和力傳感器來測量白車身的變形和所受的力。通過將這些數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，可以得到白車身的剛度參數(shù)，包括彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度等。二、開閉件耐久實(shí)驗(yàn)開閉件是車輛中的重要部件，包括車門、引擎蓋、行李箱蓋等。