王爱华-白车身扭转刚度对整车操控性能的影响
白车身扭转刚度分析及优化_翁洋-13
白车身扭转刚度分析及优化翁洋张伟（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海，200804）摘要：白车身结构是否具备合理的静态扭转和弯曲刚度对于提升整车的结构耐久和NVH性能是至关重要的。
不同的车型，刚度的目标值也不同。
车身结构的刚度值可以通过试验或者有限元分析得到，使用有限元方法来模拟白车身刚度试验，通过试验结果来验证有限元分析的正确性。
BIW Torsion Stiffness Analysis & OptimizationAbstract：Adequate static torsion stiffness of BIW is essential for better overall durability and NVH performance. Stiffness targets vary for different vehicles. The stiffness can be evaluated experimentally and analytically. The FE results can be used to correlate CAE to testing data.引言在小型乘用车设计开发中，对车身结构设计进行有限元分析计算是有效缩短产品开发周期、节约产品开发及实验费用、提高产品可靠性的重要技术手段。
因此车身的扭转和弯曲刚度作为衡量车身设计的一项重要条件，对其进行准确的分析计算成为设计开发中的一项不可缺少的重要内容。
为了和白车身刚度试验结果对比，分析中所需的零件需要和试验一致。
可以通过优化软件进行DOE分析，并根据分析结果调整对产品性能起主要作用的参数进行优化设计。
建立有限元模型本文所涉及的有限元模型采用Hypermesh进行前处理。
网格模型由Quard4、Tria3单元以及相应的焊接单元构成，并且单元质量符合指定的建模标准。
模型结构如图所示白车身结构网格模型边界条件后减震塔约束3个方向的自由度，前横梁中心约束5个方向的自由度。
白车身弯扭刚度测试技术与评价方法
20技18术年聚7焦月
技术看点
白车身弯扭刚度测试技术 与评价方法
李伟 端木琼 李占方 （中国汽车技术研究中心有限公司）
摘要：为了满足汽车的舒适性、安全性及操控性方面的要求，在车型开发前期需要评估汽车的弯扭刚度。不同试验条件下测 出的刚度值差异很大，为确保数据的统一性和精确性，提出一种测试技术，通过对比 ! 种试验方案，得到扭转方案 ! 改善了 试验过程中的侧向位移，更接近汽车的真实工况；在该方法的基础上，统计几十款 " 级车的弯扭刚度试验数据，总结出 " 级
之间的距离，间接计算出前后悬的相对扭转角，然后通
载荷
图 B 白车身扭转刚度加载示意图
过加载力矩和前后悬的相对扭转角计算出白车身扭转
前、后悬处扭转角的计算公式为：
- -
2第0178（期7）
技术聚焦
Feature
f=
!f+"f arctan（ # ）
f
（1）
$=
=f-
（3）
距离前轴为 - 的测点 % 向的误差补偿量（/mm）
为：
="r10/. -).
（6）
式中：0— ——前后悬之间的 , 向距离，mm；
-— ——测点距前轴的 , 向距离，mm；
"r1— ——后悬 % 向变形量的平均值，mm。
距离前轴为 - 的测点补偿后的变形量（11/mm）为：
!r+"r arctan（ # ）
r
（2）
式中：f，$—— —前、后悬处扭转角，（）；
பைடு நூலகம்
!f，"f— ——前悬左、右侧 % 向的变形量，mm；
!r，"r— — —后悬左、右侧 % 向的变形量，mm；
白车身刚度强度测定
试验对象准备
试验用白车身可包含对象为白车身本体、风窗玻璃(顶部风窗)、罩盖(及翼子 板)、车门、保险杠及其支架、悬架和副车架。按零部件与总体刚度关系考虑 的需要或者实际情况选择，具体如下。 a.带风窗玻璃(项部风窗)，不计其他。 b.不装风窗玻璃、无四门两盖，装有翼子板、悬架(或带副车架)。
扩散硅压力传感器
白车身弯曲刚度试验的结果评估
(1)在弯曲工况时，对于中央1点加载的情况可以比照 简支梁进行核算 。普通乘用车车身弯曲刚度计算见图 4。
白车身弯曲刚度试验的结果评估
白车身弯曲刚度试验的结果评估
式中，EI为普通乘用车车身弯曲刚度，N · m ；F为等 效载荷，N；L 为前后悬挂固定座支撑点纵向距离， m：b、a分别是前后支撑点与载荷的距离，m：Z为 垂直方向弯曲挠度，m；X为计算Z值点到前支撑点与 集中载荷的距离，m。
扩散硅压力传感器
量程：
测量范围：-100KPa～60MPa
基本特性： 抗过载和抗冲击能力强，过压可达量程的数倍，甚至用硬物直接 敲打测量元件也不致使其损坏，且对测量精度毫无影响。 稳定性高，每年优于0.1%满量程，这个技术指标已达到智能 型压 力仪表水平；温度漂移小，由于取消了压力测量元件中的中介液， 因而传感器不仅获得了很高的 测量精度，且受温度梯度影响极小。 精度： 精度等级：0.1级、0.2级、0.5级
陶瓷压阻压力传感器
基本特性：
陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度 范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定 性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。
精度： 精度等级：0.5级
陶瓷压阻压力传感器
扩散硅压力传感器
工作原理 扩散硅压力变送器通过温度传感器把温度信号变为电信号，再由前置放大器把此 电信号放大滤波，送往CPU的A/D 转换模块进行模拟量到数字量的变换，最后由 CPU进行数据处理并显示及PWM输出。原理框图如下： 被侧介质---〉传感器---〉电子线路---〉输出信号 被测介质的压力直接作用于传感器的陶瓷/扩散硅膜片/上，使膜片产生与介质压 力成正比的微小位移，正常工作状态下，膜片最大位移不大于0.025毫米，电子 线路检测这一位移量后，即把这一位移量转换成对应于这一压力的标准工业测量 信号。超压时膜片直接贴到坚固的陶瓷基体/扩散硅上，由于膜片与基体的间隙 只有0.1毫米，因此过压时膜片的最大位移只能是0.1毫米，所以从结构上保证了 膜片不会产生过大变形，该传感器具有很好的稳定性和高可靠性。
基于扭转刚度的白车身减重优化
机电技术
2019 年 2 月
基于扭转刚度的白车身减重优化
李文彬
（东南（福建）汽车工业有限公司，福建 福州 350119）
摘 要：白车身（Body in White，BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各方面的性能有着直接或间接 的影响。以某 SUV 车型为研究对象，运用 HyperMesh 软件建立了 BIW 的有限元模型，并对 BIW 的扭转刚度进行了仿真分 析；为了提高 BIW 的扭转刚度，利用 OptiStruct 软件分析了零件板厚对扭转刚度的灵敏度，得到了影响 BIW 扭转刚度的关 键区域；基于灵敏度分析结果，从板厚、焊点两个方面对扭转刚度进行了优化；对比最终优化前后的结果，扭转刚度增加了 16.6 %，质量减少了 3.9 kg。
1 BIW 扭转刚度的数值计算
1.1 BIW 有限元模型的建立
本文用于分析扭转刚度的 BIW 模型主要包括
A 柱、B 柱、C 柱、地板、顶棚、前后围等部件，不包 括玻璃和 IP 横梁。利用 HyperMesh 软件对各个零 部件进行有限元网格划分，划分网格时采用四边 形单元和三角形单元混合建模的方法，平均单元 尺寸为 7 mm，同时控制单元的网格翘曲度、雅克 比、四边形及三角形的最大最小内角等满足质量 指标。根据 BIW 的结构特点，粘胶采用 adhesives 模拟，焊点采用 acm 模拟、焊点直径为 6 mm，螺栓 连接等其他连接方式采用 rigid 单元模拟。整个 BIW 有限元模型共有 977 352 个单元，如图 1 所示。
效于在连线中点处加载 2000 N·m 的力矩。
车身扭转刚度定义为：
KT
=
M θ
=
M
arctan[
d1
SUV白车身扭转刚度的分析与优化_熊辉
日习则学不忘，自勉则身不坠。
— — —徐干
－ 43 －
３）前轮罩处增加接头布置，形成完整的环状路径， 增大环状结构截面面积，加大结构加强件料厚。
４）关键接头部位增加结构胶和焊点，提升车身扭 转刚度。
通过灵敏度分析以及车身结构优化设计，最终计 算得到白车身扭转刚度是 １７ ８７０ Ｎ·ｍ（／ °），提升量为 ４ ０２１ Ｎ·ｍ（／ °），提升率为 ２２．５%，满足项目设定目标。 同时白车身弯曲刚度提升了 １６．７%，弯曲和扭转模态也 得到了有效的提升。
极大提高产品可靠性。因此针对车身的扭转刚度对白 车身进行准确的有限元建模分析成为设计开发中一项 不可缺少的重要内容。
某款 ＳＵＶ 车型扭转刚度分析思路，如图 ３ 所示［２］， 首 先 把 工 程 设 计 ＣＡＴＩＡ 数 模 导 入 有 限 元 分 析 软 件 ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，然后进行单个零件网格建模、连接、支撑、
参考文献 ［１］ 高云凯，蓝晓理，陈鑫． 轿车车身模态修改灵敏度计算分析［Ｊ］． 汽车工
程，２００１，２３（５）：３５２－３５５． ［２］ 仇彬． 轿车白车身扭转刚度分析及结构优化设计［Ｄ］． 安徽：合肥工业
大学，２００７：１８． （收稿日期：２０１５－０９－２７）
人能不食十二日，惟书安可一日无。
— ——陆游
考虑到白车身的受力传力复杂性，本次采用的是 详细有限元模型。建模重点过程分为结构优化、单元 选取、单元数量和质量控制、网格布局及连接方式模
步分析，分析各个环的截面和连续性等；然后挑选出各 个环中的关键件并进行简化建模和灵敏度分析，白车 身简化模型图，如图 ７ 所示。灵敏度分析可以迅速找出 对白车身扭转刚度影响的关键部件并分析出贡献量， 为后期设计优化提供重要的支持。
基于拓扑优化的白车身扭转刚度性能设计
10.16638/ki.1671-7988.2019.17.066基于拓扑优化的白车身扭转刚度性能设计李铁柱，华睿，黄维（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：车身扭转刚度对整车操纵稳定性和NVH性能具有重要的影响，是车身设计的重点和难点。
文章针对某车型白车身的扭转刚度性能提升设计，通过采用局部结构拓扑优化的方法，有效识别了提升性能的局部拓扑优化结构，以最少的重量增加实现性能最大化设计，并制作了实际加强方案，白车身仿真分析验证了方案的有效性。
关键字：拓扑优化；白车身；扭转刚度；轻量化中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)17-180-03Torsional Stiffness Performance Design of Body-in-White Based onTopology OptimizationLi Tiezhu, Hua Rui, Huang Wei( Anhui Jianghuai Automotive Group Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )Abstract:Torsion stiffness of the body structure has an important impact on vehicle handling stability and NVH performance, and is the focus and difficulty of body design. In this paper, the torsional stiffness performance improvement design of a body-in-white of a vehicle model is studied. The topology optimization method is used for the local body structure design. The structure of the improving performance is effectively identified, and the performance maximization design is realized with the least weight increase, and the actual reinforcement scheme is produced. The simulation analysis of the body-in-white verifies the effectiveness of the scheme.Keywords: Topology Optimization; Body In White; Torsion Stiffness; LightweightCLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)17-180-031 引言汽车行业竞争日益加剧，消费者对汽车的安全性、NVH、操纵驾驶性和疲劳耐久性也越来越重视。
某乘用车车身扭转刚度对操纵稳定性的影响
构本身的扭转刚度有关，车身结构的扭转刚度为单位
扭转角所受到的力，即：
J=/
式中： — ——车身的扭转刚度，N·m（/）； J
— ——扭矩，N·m；
— ——轴距，mm。
轴间相对扭转角（）与梁的挠度之间的关系为：
=arctan（
!"
2018（10）
201技8年术聚10焦月
技术看点
某乘用车车身扭转刚度对操纵 稳定性的影响
吴利广 王晗 景立新 蒙启恩 （中国汽车技术研究中心）
摘要：影响汽车操纵稳定性的因素有很多，其中对于车身扭转刚度对操纵稳定性的影响研究较少。为了进一步研究车身扭 转刚度与车辆稳定性的关系，利用 #$#%&'()* 软件对整车进行仿真，分析了转向角阶跃工况及稳态回转工况，对比车身扭
[6-7]
模，如图 2所示 。整车模型轴距为 2665mm，前后轮 距为 1560mm，前悬架类型为麦弗逊，后悬架类型为多 连杆，整车整备质量为 1546kg。为了模拟车身扭转刚 度的变化，建立车身模型为 2个 part，其中前悬架与车 身连接点通过通讯器与一个 part相连，后悬架与车身 连接点通过通讯器与另一个 part相连，且 2个 part用 bushing单元连接，利用 bushing单元来模拟车身的扭 转刚度。
[8-9]
设置工况为转向角阶跃工况 ，仿真时间为 8s，车 速为 100km/h，转向盘最大转角为 20。4个典型的参数 仿真结果，如图 3所示。各个参数极值，如表 1所示。
更强的专业性，利用该软件进行悬架性能参数对车辆
[4-6]
操纵稳定性影响的研究，建模和仿真都更简单精确 。 利用 ADAMS/Car动力学软件对某乘用车进行建
基于白车身扭转刚度的板厚灵敏度分析
10.16638/ki.1671-7988.2019.13.030基于白车身扭转刚度的板厚灵敏度分析田佩，华睿（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：文章主要介绍了一种白车身扭转刚度的板厚灵敏度分析的方法，用于分析白车身扭转刚度工况下整体扭转角相对零件单位厚度质量的变化量，即计算设计变量△d相对零件单位厚度质量△m的变化量，称为扭转角相对灵敏度，通过对相对灵敏度结果进行排序，结合实际工程约束条件，为提升扭转刚度性能或轻量化设计提供较合理的厚度分配方案。
关键词：白车身刚度；CAE；厚度灵敏度中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)13-85-03Thickness Sensitivity Analysis Based on Torsional Stiffness of BIWTian Pei, Hua Rui（Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）Abstract:The paper mainly introduces a thickness sensitivity analysis method for the torsional stiffness of BIW, which is used to analyze the variation of the vehicle torsional angle relative to the unit thickness mass of parts under the condition of the torsional stiffness of BIW, that is, the design variable △d is calculated, and the change amount relative to the unit thickness mass △m of the part is called the torsion angle relative response, by sorting the relative response results and combining the actual engineering constraints, a more reasonable thickness distribution scheme is provided for improving torsional stiffness performance or lightweight design.Keywords: Stiffness of BIW; CAE; Thickness sensitivityCLC NO.: U463.82 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-85-03引言白车身的刚度是整车设计的一个重要指标，它决定了车辆在外力作用下抵抗变形的能力。
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Reason
提高扭转
刚度
提高前后 轮同步性 提高操控 性 提高左右 轮同步性
提高横向 刚度
讨论
测量扭转刚度时，载荷为什么加到避震器安装点上？对ຫໍສະໝຸດ 这类悬挂布置这种测试方法是否还有意义？
这种方法是不是更通用？
谢谢
小
大
Objective evaluation - Torsional stiffness effect
Correlation of Torsional stiffness
Yaw gain increases by 1.77% and time lag decreases by 4.12% with 10% increase in body torsional stiffness.
Validation
BIW torsional stiffness increased by 29%
Subjective evaluation
Validation model Torsional stiffness
Conclusion
Overall response of the vehicle has improved due to the
Subjective evaluation - Lateral stiffness effect
Objective evaluation - Lateral stiffness effect
Correlation of Lateral stiffness
Yaw gain increases by 2.41% and time lag decreases by 4.57% with 10% increase in body lateral stiffness.
increase in torsional stiffness of the BIW.
The increase in lateral stiffness of the front lower arm attachment points leads to significant improvement in overall vehicle response but no much change is there in the return-ability of the vehicle.
ISO/TR 8725
80kmph in a straight line
Range of −30 deg to + 30 deg, 0.5 Hz
Expert test drivers
Subjective evaluation- Torsional stiffness effect
扭转刚度
occurs for a particular increase in body stiffness.
Process flow
仿真&实验 主观评价&客观测试 大胆的假设，小心的求证。
NEWBILITY
CAE(Torsional Stiffness)
Load & Boundary
Strain Energy Contour
CAE(Torsional Stiffness)
Iterations done in CAE
CAE(Lateral Stiffness)
Load & Boundary
Strain Energy Contour
CAE(Lateral Stiffness)
FABRICATIONS
FABRICATIONS
扭转刚度
扭转工况下车身抵抗变形的能力
Passing steps
Cornering
扭转刚度的意义
静态或动态扭转工况下车上部件不受影响，比如车门可以整车开 关，密封依然良好等。 整车的操控性，NVH，耐撞性，耐久性等。
As a result of many earlier studies, it is known that
increase in stiffness of the vehicle body improves the
handling of the vehicle. But, there has been no attempt
made to predict how much improvement in handling
控制变量法
Effect of increase in torsional stiffness on lateral stiffness
Sin input test
An open-loop test method for determining the transient
response behavior of road vehicles
白车身扭转和横向刚度对整车 操控性能的影响
姓名： 王爱华 学号：31503082
参考文献
Hari Krishnan M, N Sreeraj, C Bhaskar, G Nagaraju and R Mugundaram， Maruti Suzuki India, Ltd. “Establishing Correlation between Torsional and Lateral Stiffness Parameters of BIW and Vehicle Handling Performance,” SAE Technical Paper 2011-01-0089, 2011, doi:10.4271/2011-01-0089