车辆工程技术56 车辆技术新帕萨特1.8t
  伴随现代科技快速进步，汽车制造厂商也在日益提升生产能力，相应的汽车结构设计也备受重视。在汽车设计中，白车身的质量至关重要，与整车质量直接相关。而伴随先进计算机技术的广泛普及和快速发展，在白车身结构设计中，也越来越多地用到计算机辅助技术。尤其是模态分析法，可以促进白车身结构设计的优化及汽车产品质量的进一步提升，值得加以分析探讨。
三一混凝土搅拌车1　模态分析
  （1）重要作用。通过模态分析，可以得出白车身的实际一阶频率，再与发动机怠速条件下的激励频率比较，便能判断结构的共振问题，以防增大车身振动或噪声，并且供结构优化参考。最后，利用试验中尚未模态分析对比验证，还能深入分析白车身优化模型的可信度。在本文中，已经固定了车型外形、材料等，所以考虑通过优化厚度，来模态优化白车身结构。针对白车身，采用一阶模态频率，来分析车身零部件质量灵敏度及板厚的模态，以及板厚、结构一阶频率、灵敏度模态间存在的关系，并得出结构优化中涉及的零部件，再通过一定的算法，来优化白车身模态。
  （2）分析研究过程。通过分析灵敏度，能针对某部位，得出最有效的结构修改方法，并且初步估计出，期望动态改变所要修正的区域。根据灵敏度理论，算出白车身结构模态分析下，固有一阶频率与汽车质量在零部件板厚上的灵敏度结果。据以上灵敏度分析显示，通过强化后门框，能最明显地增大结构
油价上涨时间的固有一阶频率，而通过强化后裙板，也可以得到明显增大的效果，并且外板的效果优于内板。而分析结果还显示，通过加强后门框支柱的板件，却会影响固有一阶频率的改善。这样的板件主要包含顶棚、后翼子板、后侧围板等。通过进一步分析，得出了一阶模态下的正负灵敏度板件分别图。此外，通过更改不同板件厚带给车身质量的具体影响，也通过模态分析得出。因为要顾及对白车身适当轻量化的要求，所以为了增大固有一阶频率，不可直接强化对增大固有一阶频率贡献最大的结构板件，而应注意与其质量灵敏度相结合，也适当修改贡献不大的板件，以此来通过增大固有一阶频率来达到白车身质量上的要求。
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  通过模态关系着可知，模态灵敏度除了关系到振型向量、固有频率等外，还与板件刚度、质量在厚度的偏导上存在联系。就板件刚度、质量的矩阵，有部分数值显示出随厚度更改而具有线性变化的特征，而从整体上看，并没有显现出单一化的线性关系。而振型向量、固有频率很明显会随厚度的改变改变，也即从板厚灵敏度模态上看，也随厚度变化。
  通过研究顶棚厚的改变带给一阶模态及其灵敏度的影响显示，固有一阶频率并没有随某块板件厚的改变而出现线性变化，而显现出的是非线性变化特征，也即结构特性当属不同板件的综合作用结果，一块板无法反映白车身的特性。此外，随板件厚的改变，板件模态灵敏度也出现明显的非线性，说明在优化白车身模态中，应周全考量不同因素带给固有频率的具体影响，万不可仅凭特定板件厚度下得出的模态灵敏度，来选择优化变量或优化模态。
2　结构优化
  （1）变量设计。在优化的时候，设计变量是指通过调整来改变结构动态特性参数。其中的尺寸优化主要涉及板件的截面、厚度等，来满足整个结构在最优刚度、固有频率等方面的要求，并且增大固有频率又或降低结构质量等。经过模态分析显示，就白车身而言，表现出较低的固有一阶频率，应在优化中增大固有一阶频率。考虑到车身结构件繁杂，往往难以优化所有板件，故此可基于模态与质量灵敏度，来挑选出适合的一些板件，具体以厚度为变量。
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  （2）优化约束条件及目标。结构优化约束条件是指设计变量中的取值限制条件。按约束性质，有两类约束条件：显约束（可直接进行限制的约束）、隐约束（不能直接约束的量）。而总的显约束效果可以体现隐约束。在本研究中，有使用显、隐约束条件。通过显约束来规定变量上下限，并且限制构件厚度的范围。而通过隐约束，控制车身总质量位于适当范围。
  在优化过程中，目标是指通过优化设计，最终要得到的效果，可以是某一响应下的最大或最小值。通过优化目标的设置，旨在将优化效果变相定义成最终的优化目的。在本研究中，通过优化旨在基于允许范围，最大化车身固有一阶频率，所以优化目标就是最大化固有一阶频率。
  （3）优化结果分析。通过优化模型可得，固有一阶频率与车身总质量的迭代增量改变曲线图（详见图1~2）。据这两幅曲线图显示，伴随迭代次数的不断增多，固有一阶频率与车身质量增量均具有提
升趋势。经过八次迭代，固有一阶频率才平缓增大并越来越稳定，但车身质量增量还是上升趋势。所以，为了尽可能降低质量增量，最终根据第八次迭代后结果来优化尺寸，并且进行结构尺寸取整。通过改变板件厚度发现，车身各阶模态频率都位于一定的变动范围，且以固有一阶频率的改变最为明显，增大了3.36Hz。而在局部板件缩减厚度的影响下，局部五阶及十六阶模态出现了1Hz以上的降幅。在振型角度来看，就各阶模态而言，振动形态大致不变。所以，通过本次优化，仅固有一阶频率出现明显增幅，而较小影响其他阶次的频率。具体而言，经过优化后，白车身拥有了22.4Hz的固有一阶频率，说明有效规避了发动机中的不良激励频率，很好地增强了车身振动性能。
图1　迭代次数-一阶频率    　图2　迭代次数-质量增量变化曲线图            变化曲线图
3　结语
  总之，考虑到白车身偏低的固有一阶频率会影响到乘坐的舒适性，故此可以基于模态分析来优化部分板件厚度结构，进而增大固有一阶频率，防止重叠激励频率现象，以此来改善整个汽车的质量及性能。参考文献：
[1]冯文龙.某小型电动汽车白车身轻量化设计[D].重庆大学,2018.
[2]张华鑫.汽车白车身模态试验及CAE分析和优化研究[D].天津职业技术师范大学,2014.
奇瑞 风云2
[3]惠飞.汽车车身NVH特性分析与结构优化设计[D].重庆大学,2015.
汽车白车身模态分析及结构优化
金　茜，李　清
（华晨雷诺金杯汽车有限公司，沈阳 110000）
摘　要：伴随汽车工业的飞快发展，极大地推动了人类社会的进步，而民众也越来越关注汽车质量。在汽车产品中，白车身往往形状复杂，且安装了大量的附件结构，有机集成制动、驱动、转弯等多种功能，相应的声振特性也极为复杂多变，成为影响行驶舒适性关键所在。在这样的情况下，对白车身的分析与优化引起了广泛的关注。基于此，本文从汽车白车身出发，展开了模态分析，并且提出了结构优化策略。
关键词：汽车生产；模态分析；白车身；结构优化