轻卡车架性能研究
某商用车纯电动改装方案中车架性能分析
2018年4月第47卷第4期机械设计与制造工程Machine Design and Manufacturing EngineeringApr.2018Vol.47 No.4DOI：10. 3969/j.iss n.2095 - 509X.2018.04.012某商用车纯电动改装方案中车架性能分析王源绍，唐徐平，乔克婷，许凌(南京工业大学浦江学院，江苏南京211134)摘要：商用车车架作为汽车承载的主要结构，其刚度与强度是汽车结构设计的重点关注参数。
在 对传统商用车进行纯电动化改装时，必须对车架进行综合性能分析，以确保车架性能匹配纯电动 商用车的需求。
通过对车架三维建模，并利用H y p e r W o k s对车架进行结构分析以及拓扑优化设计，满载情况下模拟其弯曲、扭转工况下强度和刚度，并根据拓扑优化结果提出轻量化改进建议。
通过对比相同工况下传统商用车和纯电动商用车车架的强度和刚度参数，为纯电动改装方案提供理论计算依据。
关键词：有限元；车架；结构分析；电动车中图分类号：U270.1文献标识码：A文章编号:2095 -509X(2018)04 -0056 -04商用车由于其货物运输属性的要求，依然广泛 采用非承载式车身结构。
车架作为轻卡、轻货、轻 客、皮卡等商用车型的主要受力部件，具有支承连接汽车的各零部件、承受来自车内外各种载荷的功 用，并对整车承载性能、安全性能等起到至关重要的作用。
国家“十三五”规划中，确定实施“纯电驱动”技术转型战略，实现各类电动汽车产业化。
目前纯 电动商用车更多的是在城市及近郊使用，对续航里 程的要求略低于乘用车，并能降低污染，因此纯电 动商用车研发制造的吸引力在逐渐增加。
受制于成本、技术等因素，更多的企业选择在当前传统燃油车的基础上进行电动汽车的改装。
但是纯电动汽车由于原理和结构的特点，与传统汽 车相比对车身结构等性能要求均存在差异，因此对 传统汽车车身结构进行分析计算，确定最终车身结 构改进的可行性，以便更好地满足纯电动汽车的技 术要求。
轻型货车前后独立悬架
西南交通大学本科毕业设计轻型汽车前后独立悬架设计THE DESIGN OF A LIGHT TRUCK'S INDEPENDENTSUSPENSIONS摘要悬架是汽车中的一个重要总成部分，它把车架与车轮弹性地联系起来，影响到汽车的多种使用性能。
悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。
本文根据设计要求对轻型货车前后悬架进行设计。
首先根据要求完成汽车的总体设计，并选择汽车的主要参数，包括尺寸参数、质量参数和主要性能参数。
在完成汽车的总体设计的基础上，分析悬架的类型及结构特点，为汽车选择前后悬架的类型。
本设计中前悬架采用麦弗逊独立悬架，后悬架采用斜置单臂式独立悬架。
接着对悬架的性能参数进行选择，并且完成悬架的结构元件的设计计算，包括螺旋弹簧、减振器、导向机构、横向稳定杆等。
螺旋弹簧的设计计算，包括刚度和强度等的校核，使设计的弹簧能满足设计的偏频要求。
为前、后悬架匹配减振器，计算减振器的尺寸参数，并且检验减振器是否满足强度要求。
为了防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，为前后悬架各匹配了一个横向稳定杆，提高悬架的侧倾刚度。
关键词：麦弗逊悬架单斜臂AbstractSuspension is an important assembly part in the vehicle.It used to connect the wheels to the body elasticity,affects a variety of performances of car.Suspension is not only meet the vehicle requirements of comfort, but also meet the requirements of its handling stability.The two aspects are mutually exclusive.This article is designed to design the front and rear suspension of light trucks.First, it designs the scheme of whole car based on the parameters which were already been given,and selects the main parameters of the car,Including the size parameters, quality parameters and main performance parameters.Based on the completion of automotive Design,it analysis the structural characteristics and type of suspensions, choose the types of suspensions for front and rear suspensions.It chooses the McPherson independent suspension for front suspension,and the Oblique single arm for rear suspension.Then on the suspension of the performance parameters of selection, and the complete suspension of the structural elements of the design calculation,including the coil spring, shock absorber, oriented institutions, horizontal stabilizer bar and so on.Helical spring's design and calculation, including the stiffness and strength of the check, make the design of the spring biasing to meet the design requirements. For the front and rear suspension matched shock absorber, damper size calculation parameters, and test whether the shock absorber to meet the strength requirements. In order to prevent the body in turn occurs when excessive lateral roll, each match for the front and rear suspension, a roll bar, to increase suspension roll stiffness.key words：Mcpherson suspension Oblique single arm目录第1章绪论 (1)1.1 论文的研究目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状发展趋势 (2)1.3 论文的主要研究内容 (4)第2章汽车总体参数的确定 (5)2.1汽车形式的选择 (5)2.2 汽车主要参数的选择 (5)2.2.1汽车主要尺寸的确定 (5)2.2.2 汽车质量参数的选择 (8)2.2.3 汽车主要性能参数的选择 (10)2.3汽车发动机的选择 (12)2.4 轮胎的选择 (14)2.5 本章小节 (16)第3章汽车悬架方案的选择 (17)3.2 悬架的结构型式与分析 (17)3.2.1 非独立悬架和独立悬架 (17)3.2.2 独立悬架结构形式分析 (19)3.3 前、后悬架方案的选择 (20)3.4 本章小节 (22)第4章悬架的设计计算 (24)4.1悬架主要参数的选择计算 (24)4.2弹性元件的计算 (26)4.2.1 前悬架螺旋弹簧的设计计算 (26)4.3独立悬架导向机构的设计 (29)4.3.1设计要求 (29)4.3.2前轮定位参数与主销轴的布置 (30)4.3.3导向机构的布置参数 (33)4.3.3 麦弗逊式独立悬架导向机构设计 (39)4.4 减振器的设计 (42)4.4.1 相关参数的计算 (42)4.4.2 减振器主要尺寸 (44)4.5 横向稳定杆的设计 (45)结论 (47)致谢 (48)参考文献 (49)第1章绪论1.1 论文的研究目的和意义悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。
新能源商用车车架性能仿真分析
第7卷第2期2024年4月Vol.7 No.2Apr. 2024汽车与新动力AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN新能源商用车车架性能仿真分析何金泉1，李发兴2，陈亮宇1，黄传海1，周思1（1.柳州坤菱科技有限公司，广西柳州 545000； 2.祥鑫科技股份有限公司，广东广州 511434）摘要：车架作为衔接底盘与车身的桥梁时刻承担车身、附件及货物的重力，同时承受着各种路面激励和发动机激励，因此车架的性能直接影响到汽车的舒适度和驾驶体验。
本文利用Optistruct软件搭建车架有限元模型，对某车架进行仿真分析，并根据仿真结果对车架进行模态分析和刚度分析，从而评估车架性能是否满足要求。
结果表明：所研究车架因发动机激励而产生共振的可能性较小，其刚度性能良好，具有较好的抗变形能力，强度性能也满足材料屈服要求，基本符合设计要求。
经过车辆路试，该车架未发生性能问题，证明了该方法的准确性，可为商用车车架性能的仿真设计提供参考。
关键词：车架；模态分析；刚强度；有限元0 前言车架作为汽车的基础载体，主要是由2根边梁和数根横梁组合而成的梯状刚性结构，汽车的承载和车内外所承受的激励源都作用在车架上，因此车架性能的优劣将直接影响到汽车的品质。
有限元法根据近似分割和能量极致原理，将求解区域离散为有限个单元组合，研究其单元特性并通过变分原理把问题化为线性代数方程组求解［1］。
利用有限元分析方法，在汽车开发前期对车架进行仿真分析，通过对模态、弯扭刚度、强度等性能仿真结果进行评价，确认车架在造车路试前没有基础性能缺陷，为后续设计提供理论支撑。
1 工况设计由于汽车有多种实际路面工况，车架需要承受各种不同的载荷激励。
载荷主要包括弯曲、扭转和弯扭组合等，载荷激励对车架寿命影响较大，因此需要计算求解弯曲、扭转刚度值，以保证设计阶段车架设计的性能要求。
作为汽车承载体，车架需要承载车身及货物的重量，同时在实际使用中还受到各种力及力矩。
某轻卡发动机悬置支座强度性能分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·44·2020年第21期文章编号：2095－6835（2020）21－0044－02某轻卡发动机悬置支座强度性能分析曾发发（江铃汽车股份有限公司，江西南昌330001）摘要：为了验证某轻卡发动机悬置支座的强度性能，采用有限元方法建立悬置支座的离散化模型，约束螺栓孔的所有自由度，加大动力系统的重量，对其典型工况进行强度性能分析，获取其在垂跳、制动和转弯时的应力分布，其应力值均小于材料屈服值，安全系数均较高，因此其符合强度性能设计要求。
关键词：悬置支座；有限元；强度性能；离散化模型中图分类号：U463.33文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.21.0191引言悬置支座是汽车动力系统的主要部件，其通过螺栓安装在车架纵梁上，再通过压缩式橡胶悬置固定发动机与变速箱，其主要作用是抑制外力对动力系统的偏移，同时减弱发动机传递到车架的振动。
当车辆行驶在凹坑路面时，悬置支座将受到不同的激励和振动，若设计不合理，其容易产生失效风险，直接影响车辆的安全性和舒适性，因此其强度性能必须满足设计要求。
为了校核某轻卡发动机悬置支座的强度性能，采用有限元方法建立其网格模型，基于典型工况对其进行强度仿真分析，得到了其应力分布，评估其风险。
2有限元分析原理有限元分析原理是首先将系统连续的区域离散化成若干个单元，然后进行进行单元力学特性分析，再进行等效节点力计算和建立平衡方程，最后进行节点位移的求解和单元应力的计算。
系统的平衡方程是基于力学平衡条件和加载边界条件将每个网格单元重新组合，力与位移的关系为[1-2]：f=Kq（1）式（1）中：f为结构的载荷列阵；K为结构的刚度矩阵；q 为结构节点的位移列阵。
3建立有限元模型某轻卡发动机悬置支座包括前悬置支座（连接发动机）和后悬置支座（连接变速箱），前悬置支座属于铸造件，后悬置支座属于钣金件。
载重货车车架设计及有限元分析
摘要汽车车架是整个汽车的基体，是汽车设计中一个重要的环节。
车架支撑着发动机离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量的重要机件，承受着传给它的各种力和力矩。
因此，车架必须要有足够的弯曲刚度，也要有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命。
同时，随着现在汽车的发展，载重货车的乘坐舒适性，操控性能也在不断提高，因此车架的设计还应同时兼顾舒适性和操控性。
本文以商用载重货车为研究目标，结合货车的各项参数，对车架进行设计。
确定了车架总成以及纵梁横梁的各项参数。
运用solidworks软件做出了车架的三维模型图。
同时利用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对车架的四种典型工况做出静力分析，得到各种工况下的变形情况和应力分布情况，同时对车架进行了模态分析。
最后根据分析结果对车架做出优化建议。
关键词: 载重货车；车架；结构设计；有限元分析IABSTRACTThe vehicle frame is the base of the car, is one of the most important parts in the automobile design. Frame supports the engine clutch, transmission, steering gear, non bearing body and the container all spring quality the important parts, bear and pass it on to all kinds of force and moment. Therefore, the frame must have enough bending stiffness, also want to have enough strength, to ensure sufficient reliability and life. At the same time, with now the development of automobile and truck ride comfort, handling performance also continues to increase, so design of the frame should also combine comfort and handling.In this paper, the commercial truck as the research objective, combined with the parameters of the truck, the frame design. Frame assembly and the longitudinal beam parameters were determined. The 3D model chart of the frame was made by SolidWorks software.. At the same time, the finite element analysis software ANSYS Workbench of the frame of four kinds of typical working conditions to make static analysis, obtained under various conditions of deformation and stress distribution, and the modal analysis of the frame. Finally, according to the results of the analysis of the frame to make optimization recommendations.Keywords:Truck； frame；structure design；finite element analysisII目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1车架总成概述 (1)1.2国内外研究情况及其发展 (2)2 车架总成设计 (6)2.1参考车型及其参数 (6)2.2车架类型的选择 (6)2.3车架设计的技术要求 (11)2.4车架的轻量化 (13)2.5车架的参数设计 (13)3 车架的有限元静力学分析 (19)3.1车架几何模型的建立 (19)3.2车架有限元模型的建立 (19)3.3车架的静力学分析 (21)3.4 基于静力分析的车架轻量化 (32)4 车架的模态分析 (34)4.1车架模态分析的基本理论 (34)4.2车架有限元模态分析结果 (36)4.3车架外部激励分析 (40)5 总结与展望 (42)III5.1总结 (42)5.2工作展望 (43)参考文献 (45)致谢 (47)IV1 绪论1.1车架总成概述汽车车架是整个汽车的基体，是将汽车的主要总成和部件连接成汽车整体的金属构架，对于这种金属构架式车架，生产厂家在生产设计时应考虑结构合理，生产工艺规范，要采取一切切实可行的措施消除工艺缺陷，保证它在各种复杂的受力情况下不至于被破坏。
重型载重汽车车架轻量化设计研究
重型载重汽车车架轻量化设计研究一、概览重型载重汽车作为现代运输行业的重要支柱，其性能与效率直接影响到物流运输的成本与速度。
而车架作为重型载重汽车的核心部件，其重量不仅关系到整车的燃油经济性、动力性，还直接影响到汽车的安全性能。
车架轻量化设计成为提升重型载重汽车性能的重要途径，也是当前汽车制造业研究的热点之一。
车架轻量化设计的核心在于通过优化结构和材料选择，减轻车架的重量，同时保证车架的强度、刚度和耐久性。
这需要对车架的受力情况、材料性能以及制造工艺进行深入的研究和分析。
随着科学技术的不断进步，新型材料如高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等的应用为车架轻量化设计提供了更多的可能性。
在车架轻量化设计过程中，除了考虑材料的选用外，还需要对车架的结构进行优化设计。
通过合理的结构设计，可以减小车架的截面尺寸和厚度，进一步降低车架的重量。
还需要考虑车架与发动机、底盘等部件的连接方式和配合关系，确保整车的稳定性和安全性。
车架轻量化设计还需要考虑生产工艺和制造成本。
在满足性能要求的前提下，应尽量采用简单易行、成本较低的制造工艺和材料，以降低整车的生产成本，提高市场竞争力。
重型载重汽车车架轻量化设计是一个涉及材料、结构、工艺等多方面的复杂问题。
通过深入研究和分析，采用合理的设计方法和手段，可以实现车架的轻量化，提高重型载重汽车的性能和效率，为物流运输行业的发展做出贡献。
1. 重型载重汽车在社会经济中的地位与作用重型载重汽车作为道路交通的重要载体，在社会经济发展中占据着举足轻重的地位。
它们不仅是货物运输的主要工具，还是基础设施建设、物流运输、农业生产等领域不可或缺的力量。
随着全球经济一体化的加速推进，重型载重汽车的需求日益增长，对社会经济的发展起着重要的支撑作用。
重型载重汽车在货物运输中发挥着关键作用。
无论是长途运输还是短途配送，重型载重汽车都能以其强大的承载能力和稳定的性能，确保货物安全、高效地到达目的地。
在国际贸易中，重型载重汽车更是扮演着重要角色，它们穿梭于世界各地的港口、仓库和物流中心，将货物运送到各个角落，为国际贸易的繁荣做出了巨大贡献。
汽车制造毕业论文轻卡整车有限元静力学动力学分析
汽车制造毕业论文轻卡整车有限元静力学动力学分析汽车制造毕业论文|轻卡整车有限元静力学动力学分析应用PATRAN建立轻卡车架、悬挂、车身等整车模型，并施以合理的约束边界条件，在考虑各种载荷下对整车的静强度进行分析计算与评价，并提出了合理可行的改进建议和措施。
为考察整车的动应力分布，通过在多体动力学软件ADAMS中构建整车的刚柔混合模型，并进行实际道路的模拟仿真，再利用其与NASTRAN的接口在NASTRAN中进行动响应计算，得到整车的动应力时间历程，从而为疲劳分析奠定基础。
在产品开发早期阶段应用CAE技术，仿真产品的各种性能来引导设计，提供产品品质验证并优化细节设计，最大限度的减少重复制作物理样机的次数，保证开发质量，最终达到缩短产品的市场化周期，缩短产品开发周期的目的。
针对全新开发的轻卡系列，利用MSC.NASTRAN软件对车身、车架的模态、刚度、强度进行分析计算，发现设计中存在的不足，并提出合理可行的改进措施，最终使整车强度和刚度满足要求。
1、整车有限元建模在构建有限元模型时，利用MSC.PATRAN软件良好的CAD接口，从外部输入UG、PRO/E三维模型，依据相关原则进行几何清理与简化，应用PATRAN的有限元前处理功能，通过建立单个零件有限元模型，最终形成整车有限元模型。
整个模型单元725015个，节点589235.有限元模型见下图。
2、整车静强度计算汽车静止时车架只承受弹簧以上部分的载荷，它是由车架和车身的自身质量、装在车架上各总成的质量和装载质量所受的重力组成，其总和称为车架的静载荷。
此次计算共提供两种工况。
弯曲工况：有限元分析过程中，要求有足够的约束条件以消除刚性位移，因此，约束前轮中心线位置上的节点的3个移动自由度、后轮中心线位置上的节点的2个移动自由度，作为整车约束。
扭转工况：在弯曲工况的基础上，按规范将右前轮抬高到某一数值。
计算得到的车身、车架应力云图如图2所示。
通过分析，发现车身最大应力部位主要位于前地板和中地板的凸起鼓包、曲率急剧变化处及某些支撑部位。
货车安全性能的研究与评价
货车安全性能的研究与评价第一章引言货车作为一种重要的运输工具，在现代物流体系中扮演着重要的角色。
然而，由于货车的尺寸较大、运输量较大，因此在长时间运输过程中，货车的安全性能就成为了一个重要的问题。
为此，我们需要对货车的安全性能进行研究与评价，以保证物流行业的发展和货车运输的安全。
本文将对货车安全性能的研究与评价进行深入探讨。
第二章货车安全性能的定义货车安全性能是指货车在运输过程中，能够安全、稳定、高效地完成运输任务的能力。
货车安全性能包括车辆发动机、传动系统、车桥、刹车系统等方面的技术性能与安全性能，以及车辆的质量、尺寸、外观、灯光等方面的安全性能。
第三章货车安全性能的研究方法1.实车检测法：通过对货车进行实车测试，检测车辆的各项技术性能、安全性能，并结合实际条件对货车安全性能进行评价。
2.仿真模拟法：通过建立数学模型、计算机模型，对货车在不同运输条件下的技术性能、安全性能进行模拟与分析。
3.试验室测试法：通过模拟实车测试条件，对货车发动机、传动系统、刹车系统等方面的性能进行实验室测试，从而评价车辆的技术性能与安全性能。
第四章货车安全性能的评价指标1.车辆性能指标：包括车辆的加速性能、制动性能、最大载重量、最大速度等方面的指标，用于评价车辆的技术性能。
2.车辆稳定性指标：包括车辆的悬挂、转向、防侧翻等方面的指标，用于评价车辆在运输过程中的稳定性。
3.刹车安全性指标：包括制动距离、刹车灵敏度等方面的指标，用于评价车辆在刹车时的安全性能。
4.货箱安全性指标：包括货箱的稳定性、承重性、密封性等方面的指标，用于评价货车在运输中货物的安全性。
第五章货车安全性能的评价方法1.综合评价法：将各项安全性能指标综合计算，得出综合评价分数，用于评价货车的安全性能。
2.层次分析法：将货车安全性能的各项指标进行层次化分析，构建指标体系，以此评价货车安全性能。
3.熵权法：根据各项指标的权重大小，利用熵值理论对各项指标进行权重分配，以此评价货车安全性能。
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轻卡车架性能研究吴成平; 邓正维; 洪章仁; 蒋云鹏; 杨希志【期刊名称】《《汽车零部件》》【年(卷),期】2019(000)011【总页数】6页(P14-19)【关键词】轻卡; 纵梁; 断面尺寸; 刚度; 性能【作者】吴成平; 邓正维; 洪章仁; 蒋云鹏; 杨希志【作者单位】浙江吉利新能源商用车发展有限公司浙江杭州311200【正文语种】中文【中图分类】U44.32+10 引言车架是商用载货车辆的承载主体，不仅要承受装载于其上的零部件质量，而且还要承受行驶过程中复杂工况下的惯性、冲击及扭转等交变载荷作用，被称为载货车辆的“脊梁”当之无愧。
车架一旦受到破坏甚至断裂，其后果是不堪设想的重大安全事故，而模态、刚强度等性能是衡量车架及整车平顺性、安全性、可靠性及寿命的关键指标[1]。
车架纵梁是载货车辆的主要功能件，且一经投产，就很难更改。
因此，在主机厂家全新开发车架过程中，需要对标分析国内外主流主机厂现在及未来发展趋势，并综合分析不同市场需求，在保证性能足够的基础上尽量做到轻量化。
本文作者以某新能源轻卡车架模型为基础，针对当前主流主机厂典型纵梁断面车架性能进行了分析，并对某厂家正在开发的YC系列纵梁断面车架性能进行了研究与评估，为工程实践提供参考。
1 某新能源轻卡车架性能分析模态为振动系统特性的一种表征，是结构动态设计的核心和基础，已成为解决复杂结构系统振动与噪声问题的最主要工具[2]。
模态分析的实质就是求解有限多个自由度的无阻尼线性系统运动方程，其矩阵表达式[3]为MX(t)″+KX(t)=0(1)其解的形式为X(t)=X0ejωt(2)将式(2)代入式(1)，可得：K-ω2MX0=0(3)式中：M为质量矩阵；K为刚度矩阵；X(t)、X(t)″分别为时间t的位移及加速度向量；ω2为特征值，ω=2πf；X0为对应特征值的特征向量。
通过求解方程得到的特征值及其向量体现为系统动态特性的模态频率和振型，为振动动态分析、设计及故障诊断提供依据。
同时，结构系统的静态分析、瞬态分析、谐响应分析及谱分析等都是以模态分析为基础。
本文作者对该新能源车型从试验和仿真进行了模态分析，得到其基本动态特性，同时也为后续分析奠定基础。
1.1 该新能源车架模态分析通过模态分析可获得系统的固有振动特性(包括频率和振型等)，用来评价及全面了解结构、系统的动态特性。
可以将车架看成一个多自由度弹性振动系统，对其进行模态分析。
在新产品设计开发过程中应用模态分析进行结构动态特性的预估，主要采用有限元理论的方法[4-5]。
本文作者通过试验与仿真两种方式来对某新能源载货车车架进行模态分析，证明分析结果具有可信度及准确性。
图1(a)、(b)分别为模态分析试验的实车与仿真模型，由图2—图4及表1试验与仿真模态分析结果对比可知，车架一阶扭转频率为9.8 Hz(与试验误差4.3%)，一阶侧向弯曲频率为24 Hz(与试验误差2.1%)，一阶垂向弯曲频率为31 Hz(与试验误差1.6%)。
仿真与试验结果相近，即有限元仿真模型准确有效。
图1 车架模态分析模型图2 车架一阶扭转模态图3 车架一阶侧向弯曲模态图4 车架一阶垂向弯曲模态表1 试验与仿真模态结果对比项目试验频率/Hz仿真频率/Hz相对误差/%一阶扭转9.49.84.3侧向一阶弯曲23.5242.1垂向一阶弯曲30.5311.61.2 该新能源车架抗弯、抗扭分析由于载货车辆实际运行工况复杂，常见较为恶劣的工况是极度弯曲或者极度扭转。
而车架正是车辆在极度弯曲、扭转工况下的承受主体，其刚度、强度及可靠耐久对整车舒适性、寿命等起至关重要的作用。
通常，对车架本体的刚度分析无需相关安装及连接件的质量、质心及其余物性参数，所以方案设计阶段通常将车架(不含其承载件)的刚度(弯曲刚度、扭转模量)作为考察及优化车架性能的主要指标[6]。
本文作者针对该新能源商用载货车车架设定刚度分析工况如表2所示，仿真模型如图5、图6所示。
表2 刚度分析工况定义分析项目工况定义经验目标值弯曲刚度约束:前板簧中心SPC23,后板簧中心SPC123;载荷:前后桥中间垂向施加10 000 N力>2×1012 N·mm2扭转模量约束:前桥中心SPC3,后板簧中心SPC123;载荷:前侧左右轮心位置施加垂向反向10 000 N>3×106 mm4图5 弯曲刚度有限元模型图6 扭转模量有限元模型弯曲刚度结果如下：(4)式中：KB为弯曲刚度，N·mm2；L为前轴轴距，mm；F为加载力，N；dmax 为加载点最大变形量，mm。
扭转模量结果如下：(5)式中：I为扭转模量，mm4；M为前桥施加的扭矩，N·mm；L为前后桥轴距，mm；G为车架材料剪切模量，MPa；θ为扭转角度，rad。
由结果可知，该新能源车型车架本身抗弯、抗扭性能满足设计目标要求。
2 典型纵梁断面车架性能分析以上述有限元分析的新能源商用载货车车架为原型，为增强模型的相对准确性及可比性，通过对其纵梁与横梁在相应尺寸(主要为Y向、Z向)上进行适应性调整(不改变各横梁、板簧支座等相对位置)，可得到目前主流轻型载货车辆典型纵梁断面的车架模型。
由表3所示的国内外主流主机厂典型纵梁断面车架模态分析结果可知，各车架一阶扭转频率均在9.5 Hz左右，其中Gs为最大(达10.9 Hz)；一阶侧向弯曲频率均在24～26 Hz之间；一阶垂向弯曲频率差别相对较大，其中F最小(25.5 Hz)，IS 为最大(达32 Hz)；双层Gs相对Gd在一阶扭转及一阶侧向频率上略有优势，在一阶垂向弯曲频率上基本相当；其中F、j及J一阶侧向频率与一阶垂向频率值太过接近，在外界激励作用下易同时激起，不可取，应在结构上重新设计使其相差1.5 Hz以上[3]。
表3 典型纵梁断面车架模态结果典型纵梁断面断面尺寸(高/mm×宽/mm×板厚/mm)一阶扭转频率f/Hz一阶侧向弯曲频率f/Hz一阶垂向弯曲频率f/HzF170×65×4.59.525.325.5j170×65×59.725.826.0J170×70×59.826.326.5g 180×60×59.724.627.0FM180×65×49.424.626.0f180×65×4.59.625.026.8Gd1 80×60×(5+4)(局部)9.824.031.0Gs180×60×(5+4)(双层)10.924.830.9is190×60×59.724.228.2IS214×70×510.024.332.0为了评估不同典型纵梁断面车架的抗弯、抗扭性能，定义比弯曲刚度K′B=KB/m 及比扭转模量I′=I/m，比弯曲刚度值越大表明相同质量下弯曲刚度越大，比扭转模量的值越大表明相同质量下扭转模量越大，同时也可初步从刚度角度判断车架的轻量化效果越好。
表4为典型纵梁断面车架刚度结果，典型纵梁断面比弯曲刚度对比和比扭转模量对比分别如图7、图8所示。
表4 典型纵梁断面车架刚度结果典型纵梁断面断面尺寸(高/mm×宽/mm×板厚/mm)弯曲刚度KB/(1012 N·mm2)扭转模量I/(106 mm4)质量m/kg比弯曲刚度K'B/(1010 N·mm2·kg-1)比扭转模量I'/(104 mm4·kg-1)F170×65×4.52.077.16190.11.093.77j170×65×52.307.92201.91.143.92J170×70×52.428.44206.11.174.10g180×60×52.507.65203.11.233.77FM180×65×42.136.55182.81.173.58f180×65×4.52.397.38195.11.233.78Gd180×60×(5+4 )(局部加强)4.0210.8256.51.574.21Gs180×60×(5+4)(双层梁)4.4013.6297.61.484.57is190×60×52.828.00208.91.353.83IS214×70×54.0 110.3232.41.734.43图7 比弯曲刚度K′B对比图8 比扭转模量I′对比由表4、图7及图8可以得出：(1)典型纵梁断面车架抗弯性能(比弯曲刚度K′B)轻量化效果由好至坏排列顺序为IS>Gd>Gs>is>g ≈f>FM≈J>j>F，其中翼面高度起主导作用。
(2)典型纵梁断面车架抗扭性能(比扭转模量I′)轻量化效果由好至坏排列顺序为Gs>IS>Gd>J>j>is>f>F ≈g>FM，其中板材料厚起主导作用。
(3)对相同翼面高度及上下翼面宽度的断面如g、Gd及Gs而言：局部加强Gd相比单层g弯曲刚度值KB值提升了60.8%，扭转模量I值提升了41.2%，比弯曲刚度K′B值提升了26.3%，比扭转模量I′提升了11.8%；双层梁Gs相比单层g弯曲刚度值K′B值提升了76%，扭转模量I值提升了77.8%，比弯曲刚度K′B值提升了20.1%，比扭转模量I′提升了21.3%。
综上，有如下结论：(1)各典型纵梁断面车架一阶扭转模态频率值相差较小，其中双层梁厚度对一阶扭转模态频率值影响明显(增大)；一阶侧向频率受宽度尺寸影响(宽度大值相对大)；一阶垂向弯曲受高度方向影响最大(高度大值相对大)，它也是车辆承载主要方向。
(2)翼面高度增大能显著提升车架抗弯性能，增加板材料厚能显著提高车架抗扭性能；双层梁与局部加强梁相比，对抗弯性能提升不大，轻量化效果明显较差。
(3)综合对比，前3种性能最优的断面为IS、Gd及Gs。
3 YC系列车架性能研究参照典型纵梁断面车架，针对某主机厂现有或规划中的YC系列纵梁断面车架进行了性能分析，结果如表5、表6、图9及图10所示。
表5 YC系列纵梁断面车架模态结果YC系列纵梁断面纵梁截面尺寸(高/mm×宽/mm×板厚/mm)一阶扭转频率f/Hz一阶侧向弯曲频率f/Hz一阶弯曲频率f/HzYC01165×60×59.625.025.4YC02-1165×60×(5+4)(双层)10.825.628.6YC02-2165×60×(5+4)(局部)9.724.628.8YC03-1(g)180×60×59.724.627.0YC03-2(Gd)180×60×(5+4)(局部)9.824.031.0YC03-3(Gs)180×60×(5+4)(双层)10.924.830.9YC04(f)180×65×4.59.625.026.8YC05-1180×65×(4.5+3)(双层)10.625.430.1YC05-2180×65×(4.5+3)(局部)9.624.430.1YC06-1180×65×(4.5+4.5)(双层)11.025.231.2YC06-2180×65×(4.5+4.5)(局部)9.724.331.4YC07(IS)214×70×510.024.332.0表6 YC系列纵梁断面车架刚度结果YC系列纵梁断面断面尺寸(高/mm×宽/mm×板厚/mm)质量m/kg弯曲刚度KB/(1012 N·mm2)扭转模量I/(106 mm4)比弯曲刚度K'B/(1010 N·mm2·kg-1)比扭转模量I'/(104 mm4·kg-1)YC01165×60×5194.22.067.111.063.66YC02-1165×60×(5+4)(双层)2843.6212.61.274.44YC02-2165×60×(5+4)(局部)245.23.348.911.363.63YC03-1(g)180×60×5203.12.507.651.233.77YC03-2(Gd)180×60×(5+4)(局部)256.54.0210.81.574.21YC03E+103(Gs)180×60×(5+4)(双层)297.64.4013.61.484.56YC04180×65×4.5195.32.397.401.223.79YC05-1180×65×(4.5+3)(双层)266.93.8512.01.444.51YC05-2180×65×(4.5+3)(局部)235.53.568.651.513.67YC06-2180×65×(4.5+4.5)(双层)302.24.5514.21.504.68YC06-1180×65×(4.5+4.5)(局部)2564.129.461.613.70YC07(IS)214×70×5232.44.0110.31.734.44图9 比弯曲刚度K′B对比图10 比扭转模量I′对比根据YC系列纵梁断面车架性能分析结果，结论如下：(1)典型纵梁断面车架一阶扭转模态频率值相差较小，其中双层梁厚度对一阶扭转模态频率值影响明显(增大)；一阶侧向频率受宽度尺寸影响(宽度大，值相对大)；一阶垂向弯曲(车辆主要承载方向)受高度方向影响最大(高度大，值相对大)。