基于结构耐撞性的汽车车身轻量化设计
基于碰撞安全性的汽车车身轻量化设计分析
基于碰撞安全性的汽车车身轻量化设计分析摘要：车身轻量化设计对汽车燃油经济性的提升意义重大，能够让车身刚度得到强化，使车身受力分布均匀，提高材料的利用率。
当前人们对车身轻量化研究十分广泛，其设计理念主要是应用高强度钢、镁合金等轻量化材料，并基于碰撞安全性设计需求进行轻量化改造，减轻汽车内部构件重量，同时兼顾车辆安全要求。
关键词：碰撞安全性；汽车车身；轻量化设计；引言汽车轻量化有利于减少整车重量，提高燃油效率与有害气体排放量，在当前我国经济生产节能降耗、减少石油燃料依赖度有很大贡献。
除此之外，我国正在推进新能源汽车的发展与普及，与传统燃油汽车相比，新能源汽车的动力系统自重量比燃油及发动机更大，整车质量更高，因此汽车轻量化的需求也进一步迫切。
汽车轻量化的基本思路是提高整车强度、性能的同时对汽车进行整体减重，以充分利用燃料使用效率的同时减少有害气体排放量。
1汽车车身轻量化设计的重要意义（1）汽车制造中降低材料的应用，有效节约资源。
一辆汽车内部包含至少2万个零部件，制造时需要用到4000种材料，有80%的材料为金属材质，应用轻量化材料可以在保障车辆安全设计的前提下降低资源消耗，应用铝合金或镁合金这类可回收金属能够更好的推动汽车工业朝着绿色制造的方向发展。
（2）减低石油消耗，减少尾气污染。
车辆运行时需要消耗大量石油产品，运行时有75%左右的油耗和汽车重量有关，降低车身重量能够减少石油消耗，提高发动机效率。
（3）保障车辆驾驶安全。
车身轻量化设计能够提高车辆机械操作性，强化驾驶体验。
比如应用铝合金材料制作轮胎能够降低车身重量，提高减震效果。
车辆重量减轻1/4后，汽车加速到100km/h的时间可以从10s减到6s，缩短了汽车瞬间加速与制动距离，强化车辆牵引负荷。
（4）减轻车辆与电池组部分的重量，提高新能源汽车续航能力。
新能源汽车的电池组重量是燃油发动机的2倍，降低车身重量可以有效增加汽车续航里程。
如果减轻新能源汽车重量的10%，汽车的续航里程将会增加10%，电池成本减少20%。
基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计研究
基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计研究辽宁省大连市116000摘要：随着汽车工业的快速发展，轻量化设计成为提高汽车燃油经济性和减少尾气排放的有效途径，然而在轻量化设计的同时，碰撞安全性能也成为汽车工程师们必须重视的问题。
未来的汽车工程设计中，应当继续深入研究和应用多目标优化设计方法，不断提升汽车碰撞安全性能，同时推动车身结构轻量化，助力汽车工业向更加绿色、高效的方向发展。
关键词：碰撞安全；车身结构；轻量化；多目标优化设计引言随着汽车工业的持续发展，车身结构轻量化设计成为提高汽车燃油经济性和减少环境影响的重要途径。
然而，在追求车身轻量化的同时，碰撞安全性能必须得到充分考虑，这导致了碰撞安全性能和轻量化目标之间的矛盾。
因此，本研究旨在探索基于多目标优化的方法，以平衡碰撞安全性能和车身轻量化目标，通过结构设计、材料选型等手段，实现车身结构轻量化同时兼顾碰撞安全性能的目标。
通过本研究的探讨，期望为汽车工程领域的轻量化设计提供新的思路，并为汽车工业的可持续发展做出贡献。
1案例分析以某汽车型号为例，应用优化后的车身结构进行碰撞模拟。
通过对比优化前后的结果，发现优化后的车身结构在碰撞事故中具有更好的安全性和更轻的质量。
通过基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计，可以实现车身结构的轻量化，同时保证碰撞安全性。
在某汽车型号的案例分析中，优化后的车身结构在碰撞安全性和车身质量方面表现出显著的改进（如图1）。
这些研究结果对于汽车工业的车身设计和轻量化研究具有重要指导意义。
图1整车碰撞模型2车身结构轻量化和碰撞安全性能的重要性2.1保障驾乘人员生命安全车辆在发生碰撞时，其碰撞安全性能直接决定了驾乘人员的生命安全。
优秀的碰撞安全性能可以有效减缓碰撞过程中产生的冲击力，保护车内乘员免受伤害。
通过合理的构造设计、材料选型和优化工艺，车身结构可以在碰撞时吸收和分散能量，减少对乘员的冲击，从而降低人员伤亡风险。
因此，碰撞安全性能的提升直接关系到车辆的pass次数和驾乘人员的生命安全，是车辆设计不可或缺的部分。
基于碰撞仿真模拟的车辆结构优化设计与轻量化创新技术研究
基于碰撞仿真模拟的车辆结构优化设计与轻量化创新技术研究车辆结构的优化设计和轻量化创新技术在汽车工程领域中扮演着重要的角色。
随着国家对能源消耗和环境污染的要求越来越高，研究如何提高汽车的碰撞安全性和降低车身质量成为当前的热点问题。
基于碰撞仿真模拟的车辆结构优化设计与轻量化创新技术研究，提供了一种有效的方法来实现这一目标。
1. 碰撞仿真模拟在车辆结构优化设计中的应用碰撞仿真模拟是一种通过计算机模拟来预测车辆在碰撞过程中的受力和变形情况的方法。
它能够为工程师提供关于结构强度、能量吸收和安全性能的评估，从而更好地指导车辆结构的设计和优化。
通过合理设置碰撞条件和参数，利用数值模拟和仿真软件对车辆结构进行碰撞仿真模拟，可以准确地预测车辆在不同碰撞情况下的动态响应，为车辆结构的优化提供可靠的数据支持。
2. 车辆结构优化设计的目标与方法车辆结构优化设计的目标是在保证车辆结构强度和碰撞安全性能的前提下，尽可能地降低车身质量。
传统的车辆结构设计通常采用试错的方式，需要耗费大量的时间和成本。
而基于碰撞仿真模拟的优化设计方法可以以更快的速度获得最优解，节省了试验成本和时间。
常用的车辆结构优化设计方法有拓扑优化、形状优化和材料优化等。
3. 轻量化创新技术在车辆结构优化设计中的应用轻量化技术是实现汽车质量减轻的重要手段。
通过采用高强度、高刚度材料、优化结构设计和创新制造工艺等手段，可以有效降低车身质量，提高燃油效率和动力性能。
轻量化创新技术在车辆结构优化设计中的应用包括新材料的开发与应用、复合材料的应用、超高强度钢的使用以及空心结构的设计等。
4. 利用碰撞仿真模拟技术进行结构优化设计的案例分析以某轿车的车身结构设计为例，利用碰撞仿真模拟技术进行优化设计。
首先，利用三维CAD软件构建车身模型。
然后，在碰撞仿真软件中设置碰撞条件，并进行碰撞仿真模拟，获得车身在碰撞过程中的受力和变形情况。
在此基础上，通过拓扑优化和形状优化等方法，对车身结构进行优化设计，以降低车身质量，同时保证强度和安全性能。
基于碰撞模拟仿真的车身结构轻量化设计与优化研究
基于碰撞模拟仿真的车身结构轻量化设计与优化研究车身结构是汽车产品中至关重要的部分之一，它承担着保护车内乘员安全的重要任务。
然而，随着环保意识的提高以及对汽车性能要求的不断增加，轻量化成为了汽车设计的重要方向。
本文将基于碰撞模拟仿真的方法，研究车身结构的轻量化设计与优化。
1. 引言随着全球经济的发展和人们生活水平的提高，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
然而，汽车对资源和能源的消耗也给环境带来了压力。
因此，研究车身结构的轻量化设计与优化变得尤为重要。
2. 碰撞模拟仿真技术介绍碰撞模拟仿真技术是一种通过计算机模拟车辆在碰撞事故中的受力情况的方法。
它基于有限元分析原理，可以准确地模拟车身结构在碰撞过程中的变形和受力情况。
通过这种技术，我们可以更好地了解车身结构在碰撞事故中的表现，以及如何优化车身结构来提高乘员的安全性。
3. 车身结构轻量化设计的意义车身结构的轻量化设计可以带来多方面的好处。
首先，它可以减少车辆的整体重量，提高燃油经济性和减少尾气排放。
其次，轻量化设计还可以降低碰撞事故中乘员的伤害风险，并提高整车的安全性能。
此外，轻量化设计还可以提高车辆的加速性能和操控性，提升用户的驾驶体验。
4. 车身结构轻量化设计与优化的方法在进行车身结构的轻量化设计与优化时，我们可以采用以下几种方法。
首先，通过使用轻量材料，如高强度钢、铝合金和复合材料等，来替代传统材料，可以有效地降低车辆的整体重量。
其次，通过优化车身结构的形状和布局，例如使用设计优化软件对车身结构进行拓扑优化，可以进一步降低车辆的重量，同时确保车身的刚度和强度符合设计要求。
最后，通过碰撞模拟仿真技术对车辆的碰撞性能进行评估和优化，可以提高车辆的安全性能。
5. 案例分析与结果讨论本文以某车型为例，进行了车身结构的轻量化设计与优化研究。
首先，使用碰撞模拟仿真技术对车辆在不同碰撞情况下的受力情况进行了分析。
然后，通过改变车身结构的材料和形状，对车辆的整体重量进行了优化。
基于抗撞击能力的汽车车身设计优化
基于抗撞击能力的汽车车身设计优化汽车是现代社会中不可或缺的交通工具之一。
随着经济的发展和科技不断进步，汽车的安全性、舒适性、环保性和能源效率等方面得到了不断提高。
其中，汽车的外观设计是消费者选择购买汽车的重要因素之一，而汽车车身的抗撞击能力也是汽车设计中必须考虑的重要因素之一。
一、汽车车身的抗撞击能力汽车车身的抗撞击能力是指在发生碰撞时，保护驾驶员和乘客生命安全的能力。
在汽车设计中，要达到良好的抗撞击能力，需要考虑的因素有多种。
首先是车身的材质，不同材料的抗撞击能力不同，如钢材的抗撞击能力比铝材和塑料材料强。
其次是车身结构的设计，优化车身结构能够提高车身的刚度和强度，从而增强车身的抗撞击能力。
另外，还要考虑车身构造的可变形性和吸能性能，通过优化车身的变形结构和吸能元件的设计，使车身在发生碰撞时能够吸收能量并减缓碰撞的冲击力，从而保护驾驶员和乘客的生命安全。
二、汽车车身的设计优化针对汽车车身的抗撞击能力，可以通过设计优化来提高汽车的抗撞击能力。
具体方法如下：1. 材料优化。
选择优质的钢材或高分子材料，可以保证车身的刚度和强度，从而提高车身的抗撞击能力。
2. 结构优化。
车身结构的设计最好采用整体式的设计，将车身各部分紧密结合起来，增强车身的整体刚性。
此外，还应该设置防腐层和喷塑层，防止车身受到外界腐蚀和磨损。
3. 可变形性优化。
车身在受到冲击后，需要通过可变形来吸收碰撞的能量。
设计师可以通过对车身变形结构的设计，在碰撞时使车身某些部位产生可控的变形，从而达到最优的吸能效果。
4. 吸能结构的优化。
在车身设计中，还应该设置吸能结构，吸能结构需要布置在车身前、后、左、右四个方向。
吸能结构的设计应该考虑材料、结构和长度等因素，以确保在碰撞时能够有效地吸收冲击能量。
三、汽车抗撞击能力的测试汽车在设计与制造完成后，需要进行抗撞击能力的测试，以确保汽车的安全性能符合各项标准。
目前，世界上比较通用的汽车抗撞击测试标准主要有三种，分别是欧洲ECE标准、美国NHTSA标准和日本JARI标准。
基于多胞结构的车身前端轻量化和耐撞性设计
２０２０年（第４２卷）第６期汽 车 工 程ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０２０（Ｖｏｌ．４２）Ｎｏ．６ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０２０．０６．０１９基于多胞结构的车身前端轻量化和耐撞性设计中国博士后面上基金项目（２０１８Ｍ６４０５２４）和中国博士后基金特别项目（２０１９Ｔ１２０４６０）资助。
原稿收到日期为２０１９年６月４日，修改稿收到日期为２０１９年８月９日。
通信作者：谷先广，副教授，硕士生导师，Ｅ ｍａｉｌ：ｇｘｇｈｆｕｔ＠１６３．ｃｏｍ。
贺良国１，赵 杰１，谷先广２（１ 合肥工业大学机械工程学院，合肥 ２３０００９； ２ 合肥工业大学智能制造技术研究院，合肥 ２３０００９）［摘要］ 为满足车身轻量化和耐撞性设计的要求，采用材料替换与结构改进相结合的方法对前端进行优化。
基于试验验证的整车正面碰撞模型，建立了铝制前端模型并与钢制设计方案进行了耐撞性对比。
为提高铝制前端耐撞性能，设计了不同胞数的多胞构型截面，并在三点弯曲和轴向压溃工况下分析其吸能特性。
运用多目标优化方法对多胞前端的结构参数进行寻优。
结果表明，优化后的铝制多胞结构能在改善整车耐撞性的同时，显著减轻前端质量。
关键词：车身轻量化；耐撞性；多胞结构；多目标优化ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄＣｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓＤｅｓｉｇｎｏｆＶｅｈｉｃｌｅＢｏｄｙＦｒｏｎｔ ｅｎｄＢａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉ ｃｅｌｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＨｅＬｉａｎｇｇｕｏ１，ＺｈａｏＪｉｅ１＆ＧｕＸｉａｎｇｕａｎｇ２１ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９；２ ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅｂｏｄｙ，ｉｔｓｆｒｏｎｔ ｅｎｄｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｗｉｔｈｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｆｒｏｎｔａｌｃｒａｓｈｍｏｄｅｌｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｅｓｔ，ａｎａｌｕｍｉｎｕｍｆｒｏｎｔ ｅｎｄｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｉｔｓｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｔｅｅｌｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ．Ｆｏｒｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｆｒｏｎｔ ｅｎｄ，ｖａｒｉｏｕｓｍｕｌｔｉ ｃｅｌｌｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔｃｅｌｌｎｕｍｂｅｒｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｒｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅ ｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇａｎｄａｘｉａｌｃｒｕｓｈｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａｍｕｌｔｉ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｉｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍｕｌｔｉ ｃｅｌｌｆｒｏｎｔｅｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｍｕｌｔｉ ｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｖｅｈｉｃｌｅｃｒａｓｈｗｏｒ ｔｈｉｎｅｓｓｗｈｉｌｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｍａｓｓｏｆｆｒｏｎｔ ｅｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｄｙｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｉｎｇ；ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｍｕｌｔｉ ｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｕｌｔｉ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ前言随着新能源汽车的推广，如何在实现车身轻量化的同时提高汽车的耐撞性能成为研究人员亟需解决的问题［１－３］。
基于刚度与耐撞性要求的车身结构轻量化研究
２０１０（Ｖ０１．３２）Ｎｏ．９施颐，等：基于刚度与耐撞性要求的车身结构轻量化研究・７５９・能有效提高近似模型在最优解处的预测精度。
因此，在初始拟合过程中，近似模型的均方根误差检验值控制在５％以内即可视为满足精度要求，并能应用于优化设计中。
１．３基于自适应过程的优化设计应用ＭＡＴＬＡＢ的遗传算法工具箱哺１，对车身结构轻量化设计的数学模型进行优化计算，并结合自适应过程对所得的最优解进行检验，以确保获得真实的全局最优解。
１．３．１车身结构轻量化设计的数学模型由于综合考虑多种性能类型，而针对各性能类型所确定的设计变量之间可能存在共用现象ＨＪ，因此，在车身结构轻量化设计时须区分独立和共用设计变量，其数学模型为ｒａｉｎ肘（Ｘ，Ｚ）ｓ．ｔ．ＣＩ（Ｘ，Ｚ）≤０ｋ＝１，２，…，ｌ菇；≤茗ｉ≤茗ｌ｝，ｉ＝１，２，…，ｎｔ≤ｚｉ≤毒ｊ＝１，２，…，ｍ（５）式中：Ｘ＝［嚣。
，茹：，…，算。
］１为７１，个独立设计变量组成的向量；ｚ＝［毛，彳：，…，ｚ。
］１为ｍ个共用设计变量组成的向量；肘（ｘ，Ｚ）为参与优化设计的车身零件的总质量函数，优化的目标函数设定为肘（ｘ，ｚ）最小化；Ｃ。
（Ｘ，ｚ）为各性能约束函数。
１．３．２自适应过程自适应过程的关键是确定判别依据，而判别依据是根据有限元仿真的检验结果来判断进行下一个循环周期的条件。
其中，一个循环周期是指顺序地完成一次近似模型的建立、优化和有限元仿真分析的过程。
本文中所采用的判别依据为：（１）在每个循环周期内，对最优解进行有限元仿真分析，所得的性能指标响应值应满足优化设计的初始约束条件；（２）在每个循环周期内，对最优解处的各性能指标预测值与有限元仿真分析所得的响应值进行检验对比，误差应小于５％；（３）在每个循环周期结束后，针对该次循环所得的最优解处的目标函数值与上一次循环周期所得的结果进行对比，误差应小于ｌ％。
自适应过程的目的是利用有限元仿真分析的手段检验优化设计的最优解。
若一个循环周期结束后，最优解满足判别依据，则认为该最优解为真实的全局最优解；若无法满足，则将该循环周期中所得的最优解与相应有限元仿真所得的各性能指标响应值作为新的样本反馈至训练样本集中，进入下一个循环周期，逐步提升近似模型在最优解处的预测精度。
基于耐撞性及操纵性的汽车轻量化技术研究
120研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2018.01 (下)随着汽车保有量的不断增加，能源危机、空气污染等问题不断出现。
汽车尾气的主要成分包括固体颗粒物、一氧化碳、氮氧化物等，严重污染空气。
当下通过节能减排控制能源消耗以及空气污染至关重要。
汽车轻量化对实现节能减排有重大意义。
所以，轻量化是当前汽车行业的研究热点。
在考虑轻量化的同时，汽车安全性及操纵性也是必须要考虑的重要因素，直接关系到驾驶者乘客及行人的人身安全，在汽车安全法规中也有明确要求。
本文拟通过对当前轻量化技术与耐撞性及操纵性的研究现状进行分析，试图探索三者之间的影响规律，为汽车结构设计以及发展提供理论和数据支撑。
1 汽车轻量化技术轻量化技术是指在保证现有功能前提下尽可能降低汽车整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。
有数据指出汽车每减少100kg，可节省燃油0.3～0.5 L/(100km)，可减少CO 2 排放 8～11g/(100km)。
安全节能是当今汽车行业的发展主题，如何降低整车质量的同时，提高汽车的安全性以及操作性，是汽车行业竞争的主要焦点。
实现汽车轻量化的技术主要包括以下三方面：（1）结构优化：包括拓扑优化，尺寸优化，形状优化。
（2）先进工艺：包括液压焊接，激光焊接，激光拼接等。
（3）新材料：包括高强度钢，镁铝合金，非金属复合材料。
拓扑优化主要通过不断优化材料分布和传力路径，节省最多材料实现减重。
关于拓扑优化，在Bendsoe 等提出的变密度算法中，对于算法结果有不可消除的偏差。
因此，拓扑优化需要在算法结果之上加以人工再设计，并将其与形状优化和尺寸优化等方法结合使用。
先进工艺主要以液压成型为主要研究热点。
虽然对设备要求精确，但液压成型技术具有成型精度高、可节约材料、减少成型件数量和后续机械加工与焊接量、提高成型件的强度与刚度、减少模具数量、降低生产成本等优点，因此使用较为广泛。
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料提升到一定等级的高强度钢材料 ，同时降低料 厚， 达到不降低 ｌ能指标 而减重的 目的 。 生
４３ 结构 优化 结果 ．
减重环节的高强度钢可以降低大部分料厚大 于 １ｍ ． ｍ的零件 ，通过使用更高等级的高强度钢 ０
材料 可 以降低料 厚 ０２ ｍ ０４ ．ｍ ． ｍｍ。 把 以上 可接受 的方 案结 合在 一起 ，将 未被 列 入 敏感 表 的零 件考 虑其 他要 求及 工艺 实现 。仿 真 分 析最 终 方 案 包 括 全 宽正 碰 、０ ４ ％侧 面 碰撞 和侧
问题 。
关键 词 ： 强度 钢 高
轻量 化
结构 耐撞 性
１ 引 言
汽 车 的安 全性 能 和节 能环保 是 目前 汽 车结 构 设计 面 临 的两大 问题 ，这 些 问题 与 汽车 的轻 量 化 问题 密切 相关 。据统 计 ， 车总重 量每 减轻 １％ ， 汽 ０
轿车车身结构安全性设计的基本思路是 ： 利 用 车身 的可变 形 区域有 效 吸收撞击 能 量 ，以确 保
结果 的基 础上 对工 字 梁结构进行 了改进 。
关键 词 ： Ｂ Ｕ 前桥 Ａ ＡＱ Ｓ
工 字梁
强度
１ 前 言
工 字 梁 是前 桥 总 成结 构 中 最重 要 的 承载 件 ， 传递着车架与路面之间的全部作用力 ，在汽车制
动 时承受 巨大的 载荷 ，因此 对极 限制动 工况 下 工 字梁 的强度分 析 十分必要 。本 文利 用有 限元 软件
２ 轿 车车身结构设计过程
１ 技 术纵横 ８
轻 型汽 车技 术
２１ （ ） ２７ ０２ ９ 总 ７
Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ在前桥工字梁结构改进中的应用
何 润华 沈 磊
（ 南京 汽车 集 团有 限公 司汽 车工程 研 究院 ）
摘
要
工 字 梁是前 桥 中最重要 的 承 载件 ，轮 毂 的全 部 载荷都 通 过 工字 梁传 递到 板 簧 ， 因此 工 字 梁 的 质 量 对 于 前 桥 的 影 响 巨大 。 在 本 文 中 ，利 用 有 限元 软 件 Ａ Ａ Ｂ ＱＵＳ对前 桥 总成 结构 强度 进行 了非线性 分析 ， 拟极 限制 动 工况 ， 模 并在模 拟
轻 量 化是本 次设 计所 关注 的主 题 。在该 轿 车 车身结 构设 计 开发 过程 中 ，首 先对 车身 在碰 撞过 程 中的撞击 载荷 传递 路径 进行 了研 究 ，进而 合理
构材料 ，在有效地保证结构耐撞性的同时大大降 低 了车身重量 ， 使得 重量 控制 在 目标 值 以下 。 针对
强板和 支架来 控制 碰撞 的能量 吸收模式 。
注度越来越高 。 提高汽车的碰撞安全性 ， 成为现阶 段汽车车身设计 中最重要 的研究课题之一 ，而在 碰 撞 过 程 中汽 车 车 身将 吸收 绝 大部 分 的能 量 ， 对
汽 车安 全起着 很 大的作 用 。 上 ， 综 车身轻 量化 问题 具 有 多 目标 性 ，各 目标 之 间的响 应非 线性 程度 不 统 一 的特点 。 以 ， 身结构 轻量化 设计 是一 个多 所 车 目标 、 多参数 、 多约 束 的复杂工 程优 化课题 。 本文结 合 某轿 车项 目 ，应 用 高强 度钢 车 身结
、’ ’ 、 。 、 ’ 、 ～ 、 ’ ’ ． Ｕ 。 ’ 。 。
Ａ Ａ Ｕ 分 析 了前桥 总 成 的极 限制 动工 况 ，着 重 ＢＱ Ｓ 观察 工字 梁 的应 力分 布情况 ，并 对其 结构 做 出 了 局部改 进 。
２ 分 析 原 理
乘员 的有效 生存 空 间。 车身设计 中 ， 重点 考虑 在 应 撞击 力 的传递 路 径 、碰 撞 能量 吸收 和驾驶 室 的变
形情 况 。
燃油消耗可降低 ８ ％左右。由于车身结构重量 占 轿 车 总重 量 的 ４ ％ 左右 ， ０ 汽车 车 身结 构 的轻 量 化 对 于整 车的轻 量化具 有重 要意 义 。 另一方 面 ， 随着
面碰撞 。
侧面碰撞 １７ ｍ（ ６ ｍ Ｂ柱对应 Ｒ点） ７Ｉ 腹 ６ Ｉｓ ０ ｒ 车门） ｍ（ ａ ３ 胸 ． Ｎｓ ．ｆ ８ｌ ，
５ 结 论
本 文结合某 轿 车项 目，分 析 了汽车 车身 的结 构和 布置 特点 ，以轻 量化 和结构 耐撞 性 为设 计 目
标， 研究分析了撞击力的传递路径并进行 了合理 规划 ，同时大量使用高强度钢材料达到进一步满 足减 重 的 目的 。 了达到多 目标结构 优化 的 目的 ， 为 运用 灵敏 度分 析 的方 法 ，在达 到减 轻车 身结 构 重 量 目标的同时 ，又满足了车身结构耐撞性及刚度 强 度要求 。
细致 的设 适用于类似需要大量应用高强
度钢 车型 的设 计 方法 。
前提下 ， 以轻量化为 目 标进行优化 ， 大量使用高强
度钢 材料 ，降低结 构重 量 以达到 车身 轻量 化 的 目 标。 这样 即保 证 了结 构耐撞 性能 达到 目标要求 ， 又 实 现 了汽 车轻量 化 的 目的。
２ １ 非线 性 问题 的求解 ．
有 １ ８个零 件能 够 冲压成 型 ，把 这 １ ８个零 件 的材
表 ２ 优 化设 计 后 结构 耐撞 性 满足 目标 要 求
工况 全宽正碰 偏置碰撞 最大侵入量 １０ ｍ ｏｍ ９ ｍｍ ５ 加速度 ／ 侵入速度 Ｇｌ １ｇ Ｇ ＝ ３ ＝７ ，２３ｇ 参考值 Ｇ￣＝ ２ ３ｇ
结 果 表 明 ，结 构 优 化 前 后 白车 身 重 量 可 由 ２４３ ｇ 为 ２ ４５ｇ减 重 ９８ｇ 达 到 项 目要 求 ３． 减 ｋ ２．ｋ ， ． ， ｋ 重量 。白车身 中 ５ ．％的材 料为高 强度钢 ， ７３ 有效 的 降低 了车身重 量 。 同时 结构 耐撞性 也满 足 了 目标
要求 ， 分析 结果 如表 ２ 。
汽 车特 大安 全事 故频 发 ，社会 对 汽车安 全 性 的关
车身 结 构 的安 全 性 考核 指 标 主要 有 两 方 面 ：
一
方面 ， 身抗撞 结构 要尽 量多 吸收撞 击 能量 ， 车 使
作 用 于乘 员 的 伤 害 值 和 加 速 度 降 到 规 定 的范 围 内 ； 一 方 面 ， 控制 车身 结构 的变 形量 ， 免方 另 要 以 向盘 、 板等部 件对乘 员形 成直接 伤害 。 踏 进行 结构 设计时， 应综 合考 虑这 两方 面 的作用 ， 用有 限元 运 方 法对 设计 方案 进行 比较 ，同时在 结构 上进 行某 些 改变 ， 在纵 梁上 布置变 形导 向槽 ， 者增 加加 如 或
轿 车 重 心低 、 质量 大 、 前舱 可 变 性 空 间小 的特 点 ， 完成 了正 向的结构 耐撞 性设 计 ，获得 了较 好 的碰
规划了撞击力传递路径上的车身结构件 ，以此为 依据对 车身结 构进 行 了优 化 。 然后 ， 根据轿 车车 身 的布置需求，通过有限元的方法计算并提出更为
轻 型汽 车技 术
２ １ （ 总 ２７ ０ ２ ９） ７
技 术纵横
１ ５
基于 结构 耐撞性 的汽车车身轻量化设计
卢 山
（ 汽汽 车集 团有 限公 司汽 车工 程研 究院 ） 南
摘
要
汽车的能量消耗与 自身重量成正比。在保证碰撞安全 ｝的前提 下， 生 尽量减轻 汽车 自 ， 重 以降低不必要的能耗成为近年来汽车车身设计研究的热点。本文从 高 强度钢材料在汽车车身结构 中的应用研 究入手 ， 探讨汽车车身耐撞性和轻量化的