0前言
随着技术的提升及消费者对汽车驾乘体验的关注度提高，汽车配置天窗在我国的普及率逐年攀升。据统计，中国现配置有天窗的车型达到50%以上。同时，越来越多的消费者希望驾乘时有一个开放的环境去接触自然、光线和美景，普通天窗已不能满足消费者的需求，大尺寸的全景天窗成为汽车天窗的趋势。
一般来说，全景天窗面积较大，甚至是整块玻璃的车顶，坐在车中可以将车上方的景象一览无余。它的优点如下：①因为天窗面积大，相比一般轿车更能保持车内空气清新，迅速除去车内异味；②获得更大的乘坐视野，让乘客获得超佳感受；③高速行驶时，相对于侧开窗能更有效地降低车内噪音；④散热快，在太阳下暴晒后可迅速地降低车内温度[1]。它的缺点如下：①制造成本高；②对车身要求较高。
由于大尺寸的全景天窗成为汽车天窗的发展趋势，因此全景天窗车型是各大汽车主机厂当前的研究和开发
1背景
保时捷女车主配置有天窗的乘用车，其顶盖总成的结构比无天窗的稍微复杂；相比无天窗的整车，由于有天窗开口的存在，它会降低车身模态，使主振型频率降低，引起车身共振，产生异响和震动，降低用户的体验感受[2]。因此，在车身改型设计中增加天窗时，要充分考虑天窗处结构对车身模态的影响。
某车型根据整车模态分配，其天窗版的白车身模态目标值为28Hz 。前期初始设计顶盖总成结构方案如图1所示：1〇天窗总成通过四周边16个螺栓连接在天窗加强框上；2〇天窗加强框与顶盖通过钎焊连接；3〇天窗加强框与前横梁通过螺栓和结构胶连接；4〇天窗加强框与侧围左右各有5段不连续搭接通过电阻焊点连接，同时在B
【作者简介】黎树贞，女，湖南永州人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心车体工程师，研究方向：车体工程上车体结构设计与开
发；王占魁，男，山东聊城人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司信息技术与服务部工程师，研究方向：信息技术与服务。
某全景天窗车型设计过程中的
车身模态提升优化方案
黎树贞，王占魁
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）
【摘要】在某全景天窗车型开发设计过程中，其车身模态不能满足企业模态目标。文章通
过优化天窗加强框材料、改变侧围与天窗顶盖合件的连接结构等结构优化方案，改进模态。并且应用CAE 辅助分析手段进行力学仿真验证，得出各个结构方案的优化值。最后进行方案的综合分析，选出我们需要的方案组合，从而节省了模态试验费用及反复修改制造的费用，缩短了产品投放周期，取得很好的经济效益。【关键词】全景天窗；车身模态；结构优化【中图分类号】U463.82【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）01-0045-04
汽车奇瑞柱处有支架螺栓连接。
初始方案经过CAE 仿真分析发现，带天窗总成的白车身模态为25.8Hz ，结果如图2所示。由于不满足项目制定的目标值，所以接下来我们需要研究该区域结构的优化方案来提升模态值。
2原因分析
经查看和分析天窗版白车身的振动模型，我们发现天窗总成与白车身顶盖总成的侧面和后部的连接处的振动变形较大，对模态降低贡献较大，说明天窗总成与白车身顶盖总成搭接区域的刚度设计不足。在一定虚拟的激励条件下，刚度小会导致振动变形大，模态降低。经分析初始的设计结构发现5个可能导致模态不足的原因：1〇天窗加强框自身强度不足；2〇天窗总成与顶盖总成的
侧面和后部连接点太少；3〇侧围总成与顶盖总成连接强度不足；4〇侧围总成上边梁腔体自身强度不足；5〇顶盖总成内的加强框与顶盖外板连接强度不足。
3解决方案的制订和验证
根据以上分析的5个可能导致模态不足的原因，我们从以下几个方面对顶盖总成进行模态提升的优化结构设计。
方案一：天窗加强框料厚由1.2mm 增加到1.5mm 。经过对比其他车型的天窗加强框料厚，我们发现目前本款车型的料厚赋予是最薄，因此将天窗加强框料厚由1.2mm 增加到1.5mm ，并进行计算。结果如图3所示，此方案提升模态1Hz ，达到26.8Hz 。
方案二：天窗左、右两侧各增加3个天窗总成与
顶
福特ka报价图1初始顶盖总成结构方
蔚来汽车案图2
初始设计方案分析结果
图3方案一分析结果
盖总成的安装点，天窗加强框与顶盖增加结构胶连接。原设计天窗加强框与顶盖在顶盖翻边处通过钎焊连接，截面如图4所示。由截面可知，从钎焊处到与侧围搭接点焊的距离为105mm ，中间没有连接，力矩太长，导致整体模态较低。因此，此方案在更改不了力矩长度的前提下，将105mm 中间区域天窗加强框往上贴合，增加结构胶与顶盖的连接，使力矩缩短。通过计算，该措施可以提升模态0.6Hz 。
方案三：天窗尾部增加0.8mm 连接板和3个螺栓。如图5所示，通过观察振动模型显示，天窗总成后部变形较大，说明此处的连接刚度不足，因此在后部通过增加连接板并且通过3个螺栓与天窗加强框连接，加强天窗总成与天窗加强框的连接。计算结果表明，此方案可以提升模态1.3Hz ，提升幅度较大，说明这个方案的思路是正确的，连接板能有效地改善天窗总成与天窗加强版连接处变形较大的问
题，提升模态值。
方案四：上边梁加强板延长，天窗加强框涂结构胶。
天窗加强框与侧围的搭接方式为左右各5段不连续搭接的边，通过电阻焊点连接（如图6所示）。不连续搭接导致侧围对整个天窗框的支撑较弱，对整体模态不利。因此，在Y 向延长上边梁加强板到天窗加强框处，并通过结构胶与天窗加强框连接（由于制造策略限制，不能打点焊，因此涂结构胶连接）。该方案模态提升1Hz 。
方案五：上边梁内板延长，加大腔体尺寸。由于腔体的截面尺寸也会影响整车的模态，因此这个措施在方案四的基础上通过上边梁内板延伸到与天窗加强框连接，加大腔体尺寸进行模态提升。具体结构如图7所示，该方案模态提升1Hz 。
方案六：天窗左、右两侧各增加3个天窗总成与顶盖总成的安装点。通过观察振动模型显示，天窗总成侧面和后部变形较大，说明此处的连接刚度不足，因此在两侧各增加3个天窗总成与顶盖总成的安装点，加强天
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mm时风电动汽车图片
点焊
钎
焊
点焊
钎焊
结构胶
图4
方案二结构与分析结果
图5方案三结构与分析结果图6
方案四结构与分析结果
图7方案五结构与分析结果
图8方案六结构
窗总成与天窗加强框的连接（如图8所示）。计算结果表明，此方案可以提升模态0.7Hz。
各方案综合对比分析：根据对以上几个解决方案的分析和验证可知，这些优化方案都可以不同程度地提升模态，总计提升量为1+0.6+1.3+1+1+0.7＝5.6Hz。前文已经提到我们的目标是从25.8Hz提升到28Hz，目标提升量为2.2Hz，根据工程分析每个方案的实施代价也是不同的，全部实施会造成设计浪费，就此对几个方案进行综合对比分析，选取我们需要的组合，剩下的方案作为设计方案积累。
经过表1的对比分析，我们可以清晰地看到各个方案的优、缺点，最终选择方案1、2、6的更改作为最终设计结构，车身最终模态为25.8+1+0.6+0.7=28.1Hz，达到项目目标。
4结论
在天窗版车型设计开发过程中，由于天窗开口的影
响，初期经常会遇到模态、刚度、强度等达不到设计目标的情况。我们首先基于初始模型计算可以到问题点，针对相应问题提出多种优化方案，然后借助日益精准的计算机辅助分析，验证改进设计方案，最后进行各个方案的综合分析，选出我们需要的方案组合，这中间节省了模态试验费用和反复修改制造的费用，缩短了产品投放周期，取得了很好的经济效益。
参考文献
［1］池强，张建勋，付继飞电弧螺柱焊技术的发展与应用［J］工艺和新技术，2003（6）
［2］陈永新，谭继锦轿车白车身模态试验研究［J］汽车技术，2007（11）
［3］谷贺雄，窦海波某SUV车型全景天窗车身的验证分析［J］汽车实用技术，2015（8）
［责任编辑：钟声贤］
赛铃房车表1各方案综合对比分析
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