白车身静刚度测试方法研究.doc

白车身静刚度测试方法研究王琪 何伟举 王思明 胡贵乾（天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心）摘要：在现代轿车的设计开发过程中，轿车车身大多数采用全承载式结构，承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的各种载荷，因此轿车车身的刚度特性具有举足轻重的作用。 文章以某车型为例介绍了如何用试验的方法，较为精确地测得 白车身的静刚度。 车身刚度不合理，将直接影响轿车的结构可靠性和耐久性、车身安全性及操纵稳定性等关键性指标。 通 过比较评估测试结果，建立数据库，为今后的研发工作奠定了基础。关键词：轿车；白车身；刚度试验Research on Static Stiffness Test Method for Body-in-whiteAbstract: During the development of modern vehicle design, most of the bodies are monocoque structure, which may support most loading of the running car. Therefore, the stiffness of car body is of great significance. Taking a car as an example, the paper introduces how to use test method to measure the body-in-white static stiffness in a more accurate way. If the car body stiffness is not reasonable, it will directly affect reliability and endurance of structure, body safety and stability. According to the comparison result, a database for future research and development is established.Key words：Passenger car; Body-in-white; Stiffness test车身刚度不能满足要求，会引起门窗、门框、后备箱盖和发动机罩等处变形过大， 从而导致门窗关闭与 密封不严，以致漏风、漏雨及内饰脱落，甚至会带来一些安全隐患。 另外，车身的刚度还会直接或者间接地影 响汽车的行驶平顺性、舒适性和 NVH 等各种性能。 因此，通过试验测得准确的车身刚度，改进结构设计十分 必要。L图 1 相对扭转角示意图轿车车身平均扭转刚度的计算公式为：GJ= TL/2式中：L轴距，m； T扭矩，Nm； 在扭转工况下的前后轴相对扭转角度，（）。1.1.1 约束方法及测点布置试验前，将试验台安装在 T 型槽铁地板上，然后将 白车身前后悬与刚度试验台刚性连接， 试验台前悬扭转支架可以车身 X 方向为轴转动，后悬零自由度。 确认需要测量的点，对测点表面进行光滑与打磨处理，并对 应各个位置布置位移传感器，间距 200400 mm。 其中1白车身的静刚度车身静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。试验过程中，将轿车车身按照一定的约束条件固定在试验台上，然后再采用相关试验设备进行测量，最后根据公式，得 到轿车车身的刚度值。1.1扭转刚度轿车车身的扭转刚度是沿车身纵向分布的， 车身 的扭转刚度值为单位扭转角所受到的力， 图 1 示出轴间相对扭转角示意图1。2012（6）第 6 期APPLICATION 技术应用测点一般重点关注左右门槛梁位置、 左右纵梁位置和窗口洞口的对角线变化等，如图 2 所示。1.1.3 测试结果以国内某自主品牌轿车为例，重点关注从前轴通过 门槛梁一直到后轴的 10 个点（左右共 20 个点），并设前轴位置测点为 0 点，0 点前为负，后为正。 对车身前悬顺 时针和逆时针方向分别加载扭转载荷 2 000 Nm，分 4 次阶梯加载，然后按照图 1，计算出顺时针和逆时针加载时 各测点的扭转角，再做平均，就可以得到各测点对应扭 角数值，如表 1 所示。 扭转角曲线图，如图 5 所示。前轴后轴测量点图 2 车身测量点1.1.2 测试方法首先对样车进行扭转的预加载， 一般预加载的扭 矩为试验要求中最大扭矩的一半，在预加载过程中，观察位移传感器变化是否正常。 预加载的目的主要在于消除装配间隙。 预加载结束后，进行正式扭转加载，同时开始进行数据采集。 试验中，车身与扭转支架横梁通过减振器支座刚性连接，再由扭转支架横梁产生一个扭转负荷，通 过前悬架机构作用在车身上，使车身发生扭转，如图 3所示。 加载时，左右前悬分别加载，试验中定义左前悬 加载为顺时针方向，右前悬加载为逆时针方向。 加载方式，如图 4 所示。表 1各测点对应扭角数值00.060 70.125 00.187 30.250 36800.053 30.117 60.178 10.238 61 2800.044 50.093 20.139 00.185 51 8800.026 70.058 60.088 60.118 1 2 6 90 0 .0 1 6 9 0 .0 3 3 9 0 .0 4 9 1 0 .0 6 8 1 前悬2.后悬52.01.51.00.50-3500380680980 1 280 1 580 1 880 2 390 2 690测点至前轴距离/mm500 Nm1 000 Nm1 500 Nm2 000 Nm图 3前轴与扭转横梁支架连接图 5 各测点扭角曲线图顺时针根据图 1，计算出顺时针加载和逆时针加载时前悬和后悬的相对扭转角 （前悬扭转角和后悬扭转角 之 差），如表 2 所示。左前悬右前悬扭转支架横梁表 2相对扭转角结果5000.0560.051图 4扭转刚度加载示意图试验中最大加载扭矩计算公式为：M=0.5FS式中：M允许最大扭矩，Nm； F前轴允许轴荷，N； S前轮距，m。1 5000.1650.158根据表 2 绘制出相对扭转角曲线，合，如图 6 所示。并进行线性拟- 61 -扭角 （/ ）2 0000.2210.2121 0000.1110.104载荷 （/ Nm）顺时针加载 （/ ）逆时针加载 （/ ）2 3900.007 50.017 50.025 70.033 71 5800.040 90.083 40.124 70.163 49800.050 90.106 90.159 50.212 23800.050 00.106 40.160 40.214 8测点距前轴扭角数值 （/ ）距离 /mm500 Nm1 000 Nm1 500 Nm2 000 Nm-3500.070 30.152 20.230 40.308 6技术应用 APPLICATION2012 年 6 月5 0004 0003 0002 0001 0001.2.3 测试结果以扭转刚度试验中的白车身为例， 在前座椅和后 座椅处共施加 4 000 N 的载荷，4 个加载位置平均分布载荷， 分 4 阶进行加载。 通过对各测点垂直位移的测 量，可以得出测量数据，如表 3 所示。y=9 087.9x+7.56y=9 280.8x+30.5600.050 0.100 0.150 0.2000.250 0.300 0.350 0.400表 3 各测点垂直位移的测量数据前后轴相对扭角 （/ ）逆时针顺时针线性（逆）线性（顺）图 6 扭转刚度值00.0000.0000.0000.000拟合后直线的斜率即为扭转刚度值：（9 087.9+9 280.8）/2=9 184.35（Nm）（/ ）。1.2弯曲刚度1.2.1 约束方法及测点布置白车身前后悬与试验台刚性连接， 试验台前悬扭 转支架可以车身 Y 方向为轴转动，后轴零自由度。 测点 布置参考扭转刚度试验。1.2.2 测试方法首先对样件进行弯曲的预加载， 试验要求中最大 载荷的一半为预加载的力值， 一方面可以消除装配间隙，另一方面可以对测试的数据进行初步评估，确保整 个系统工作保持正常状态。预加载结束后，进行正式试验。 试验时，车内以及680-0.046-0.116-0.177-0.2491 280-0.062-0.197-0.256-0.1361 880-0.009-0.061-0.038-0.0782 6900.0380.0750.1280.174根据表 3 中数据得到变形分布图，如图 9 所示。后悬前悬0380 680 9800.100.05 -3501 280 1 580 1 880 2 390 2 6900.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25-0.30行李箱内的载荷用配重代替。处，如图 7 和图 8 所示。加载位置为前后排座椅测点至前轴距离/mm后座椅位置前座椅位置1 000N2 000 N3 000 N4 000 N后备箱图 9 弯曲刚度变形分布图从图 9 中可以直观看出各测点变形情况。 弯曲刚度的计算公式为：F/Z = 4 000 / 0.297 = 13 487（N/mm） 式中：F最大载荷，N；Z门槛梁在 Z 方向上的最大变形，mm。图 7 弯曲刚度示意图2测试结果评估白车身扭转刚度试验结果是 9 184.35（Nm）（/ ），设计参考值为 13 000（Nm）（/ ）2，二者相差较大。 从图 5可以看出，在门槛梁 680 mm 处扭角较大，并且曲线不 是很平滑，说明门槛梁刚度还有待改进。白车身弯曲试验结果中，门槛梁最大变形为 0.297 mm， 刚度值 13 487 N/mm2，超过了设计参考值（12 200 N/mm），可以满足使用要求，但是门槛梁 980 mm 处变形较大。3结论图 8 弯曲刚度试验加载位置- 62 -加载力矩 /N门槛梁变形 /mm2 3900.0000.0000.0000.0001 580-0.043-0.083-0.121-0.172980-0.066-0.145-0.217-0.297380-0.051-0.097-0.160-0.220测点距前轴垂直位移数值 /mm距离 /mm1 000 N2 000 N3 000 N4 000 N-3500.0060.0110.0100.0152012（6）USESERVICE 使用维修低气温快速启动发动机技巧高林（哈尔滨）2）加紧闷头螺丝后，旋开高压油泵上的放气螺丝，放出空气，然后旋紧放气螺丝；3）旋松高压油管在喷油嘴一端的螺丝帽，转动飞轮，使高压油泵射出柴油，直到油 管口流出的油料不含气泡沫为止；4）旋紧油管螺帽，这 样油泵和油管内都已除去了空气；5） 打开气缸体上放气开关，顺时针方向旋紧调速器蜗杆搬手，调速器控制 拉杆拉动油泵齿条，油泵芯子转到射油较多的范围内， 再转动飞轮数次，使全部喷油嘴充满柴油，这时可听到 “噗噗”的喷油声。 如果没有放净油路中的空气，喷油嘴 不能喷油，没有“噗噗”的喷油声，就不能启动；或只是一直有声音，也不易启动。 打开气缸体上的放气开关， 是为了减小气缸内的气体压缩比，因而容易启动。1选换适合寒季的油料并预热初春寒冷， 无论是柴油发动机还是汽油发动机都要根据设备情况及时更换燃油和润滑油的型号， 如康明斯柴油机使用 0# 轻柴油，最好是选用高低温都能适 应的润滑油。 因为，气温低油料很容易凝固和冻结，特别是驳油泵中的滤油铜丝网处如果冻结， 燃油就不易通过。 在启动前最好用热水先预热，也可用手摇转曲轴 数十转，使润滑油流动起来，机件运转灵活，就很容易启动了。2油箱内油料充足和管路畅通油箱内油料充足和管路畅通是很重要的， 如果做不到这一点，是很难启动的，就是免强启动起来，启动后不久就会自动停机。 因为，柴油机启动时，油泵和滤 清器还有一些油， 开了几分钟后， 滤清器内燃油用完了，油箱中的油没有及时补充上，就会自动停机。 等到发现， 在加足油后， 滤清器和油泵中已经有了不少空 气，油泵就会打不上油，喷油嘴不喷油就不能启动，这 时就需要重新排出油路中的空气。4启动电池定期充足电和保养蓄电池在寒冷情况下，电池自然放电加快，如不及时充电，仍然长期使用电量不足的电池启动油机，那是很难启动的。 因此，要经常检查和保养启动电池：每日检查 1 次充电电压，每半月检查 1 次液面高度，每月检 查 1 次电池端电压、比重及温度。 应保持启动电池经常处于稳压复充状态。 另外， 启动电池桩头要经常除污垢，将氧化物即时除掉，确保桩头紧固牢靠，以尽量减 少接触电阻，保持电量充足。（收稿日期：2012-03-31）3清除机内设备和管路内空气启动前要放出柴油机滤清器、 高压油泵及油管内的空气。 方法是：1）按动驳油泵，