SAE-China J0703-2013 《轿车白车身轻量化设计方法》
基于灵敏度分析的白车身轻量化设计
基于灵敏度分析的白车身轻量化设计摘要随着环保和节能意识的逐步提高，汽车轻量化已成为一个不可逆转的趋势。
本文以白车身轻量化为研究对象，采用灵敏度分析方法对车身结构进行优化设计，最终得到了轻量化方案，减少了车身重量，提高了综合性能。
关键词：白车身；轻量化；灵敏度分析；综合性能第一章引言随着人们生活水平和汽车行业的发展，车辆的需求量越来越大。
但车辆排放和能耗问题引起了大众的关注，汽车轻量化不仅可以降低燃料消耗和排放，还可以提高汽车的安全性能和舒适性能。
因此，汽车行业的轻量化已经成为了汽车行业的发展方向之一。
白车身是指没有安装车身外饰、底盘、发动机和传动系统等零件的车身，它是汽车制造的根基。
白车身轻量化不仅可以降低整车质量，还可以在不降低强度、刚度的前提下，提高车身排放和安全性能。
因此，对于白车身轻量化设计的研究具有重要意义。
本文以灵敏度分析为基础，对白车身轻量化设计进行了研究，并通过对模型进行分析，提出了相应的设计方案，最后得出了相应的结论。
第二章白车身轻量化的原理和方法2.1 白车身轻量化的原理白车身轻量化的主要原理是通过使用更轻的材料，优化车身结构来达到降低整车质量的目的。
实际上，白车身轻量化的核心是改变材料，改变结构。
2.2 白车身轻量化的方法白车身轻量化的方法主要包括材料轻量化、加工技术优化、结构优化等。
其中，结构优化是轻量化设计中最常用的方法。
目前，常用的优化方法有参数优化法、拓扑优化法、灵敏度分析法等。
第三章灵敏度分析的基本原理和应用3.1 灵敏度分析的基本原理灵敏度分析是一种用于确定模型参数和输出变量之间关系的分析方法。
灵敏度分析可以根据不同的变化规律来确定参数的重要性，找出参数的影响因素，综合分析参数的综合效应，为优化设计提供理论依据和方向。
3.2 灵敏度分析的应用灵敏度分析在工程和科学领域中有着广泛的应用，如：优化设计、参数估计、参数调节、系统控制等。
在轻量化设计中，灵敏度分析常被用于确定参数的重要性，找出不同参数对轻量化效果的影响因素，为优化设计提供科学依据和方向。
白车身轻量化设计流程方法研究
第19卷 第94期 交 通 节 能 与 环 保Vol.19 No.2 2023年04月 Transport Energy Conservation ＆ Environmental Protection April. 2023doi: 10.3969/j.issn.1673-6478.2023.02.006白车身轻量化设计流程方法研究尹 伟，黄 永（吉利汽车研究院（宁波）有限公司工程中心，浙江 宁波 315336）摘要：轻量化手段一般从三方面入手：材料轻量化、工艺轻量化、结构轻量化。
通常，新材料、新工艺都或多或少会带来成本的上浮，在产品售价已定的情况下，成本目标及控制是开发的核心指标。
为此，本文研究基于料厚组合优化的轻量化，通过对某车型开发过程中的白车身料厚组合优化的经验总结，来实现基于传统钣金结构和工艺，在不增加成本前提下的轻量化设计方法的研究和提炼。
关键词：轻量化系数；料厚优化；模态；刚度；试验对比 中图分类号：U462文献标识码：A文章编号：1673-6478（2023）02-0030-05Study on Thickness Combination Optimization Lightweight Design Method of a BIWYIN Wei, HUANG Yong(Geely Automobile Institute (Ningbo) Co., Ltd., Ningbo Zhejiang 315336, China)Abstract: Lightweight methods include three aspects: material lightweight, process lightweight, lightweight structure. In general, new material and new process will lead to cost rise, in the case of product price is fixed, cost goal is the core index. Therefore, the subject of this study is based on material thickness optimization of lightweight, new materials and technology is out of the discussion. This article summarizes the experience of the thickness combination optimization of white body in the development of a SUV to implement lightweight design method research and refining based on the traditional sheet metal structure and process, without any increase in cost.Key words: LWI; thickness combination optimization; mode; stiffness; test comparison0 引言随着国民收入的提高及汽车售价的降低，汽车逐渐走入平常百姓家庭，巨大的汽车保有量和增长率带来的环境污染和能源安全问题将更加突出，并逐渐成了社会所面临的主要问题。
设计报告内容-轻量化设计分析报告
零件
轻量化方案
备注
PA
3
加油口盖
PPO/PA
4
防撞杆
防撞杆连接板
高强度钢
5
车门内板
激光拼焊
6
前纵梁
激光拼焊、高强度钢
7
A/B柱加强板
高强度钢、激光拼焊
8
前、后保险杠横梁
超高强度钢、热压成形
9
车身结构件、加强件
高强度钢
10
白车身
有限元分析
根据分析结果进行结构优化
设计报告内容-轻量化设计分析报告
设计报告
车型
T13
文件编号
系 统
白车身系统
日 期
项 目
T13
编 制
属 性
新材料新技术及轻量化设计分析报告
审 核
白车身的轻量化设计主要是通过开减重孔、应用新材料新技术的方法。可以考虑加以利用的新材料新技术有以下几点：
一、采用（超）高强度钢板代替普通钢板
目前高强度钢板的生产及加工技术已经很成熟，用来代替普通钢板生产零件可以减小零件厚度，可以实现车身减重的目的，同时还能获得比普通钢板更优的碰撞安全性能。
四、利用有限元分析进行优化设计
利用有限元分析和优化设计方法进行结构分析和结构优化设计，在保证强度和钢度的前提下在适当的地方开减重孔，也可以减小车身的重量。
设计报告
车 型
T13
文件编号
系 统
白车身系统
日 期
项 目
T13
编 制
属 性
新材料新技术及轻量化设计分析报告
审 核
综上所述，T13可供考虑的轻量化设计清单如下：
高强度钢可用于各结构件、加强件如前纵梁、A/B柱及其加强板等零件。超高强度钢主要可用于防撞杆/梁、前后保险杠安装横梁。
汽车白车身轻量化-铝板技术的应用
10.16638/ki.1671-7988.2019.21.046汽车白车身轻量化-铝板技术的应用曹晨华，才佳，张一闯（一汽-大众汽车有限公司天津分公司，天津301500）摘要：随着环境污染、能源消耗日益加剧等问题的出现，汽车制造业对汽车车身的轻量化提出了更高的要求。
铝板技术的应用在最大的程度上降低了轿车车身重量，对汽车轻量化做出了巨大的贡献。
文章介绍了铝板技术的优缺点，并结合所在单位铝板技术的应用，阐述了铝板材料的存储、冲压加工和铝板零件返修过程中的注意事项等问题。
关键词：车身；轻量化；铝板；冲压中图分类号：U466 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)21-130-03Car Body Lightweight--Application of Aluminum Plate TechnologyCao Chenhua, Cai Jia, Zhang Yichuang（Series planning FAW-V olkswagen Automotive co. LTD. Tianjin Branch, Tianjin 301500）Abstract:With the emergence of problems such as environment pollution and energy consumption increasing, the car-manufacturing industry has put forward higher requirements for the lightweight of car-body. The application of aluminum plate technology has reduced the weight of car body to the greatest extent and made great contribution to the lightweight of car. This paper introduces the advantages and disadvantages of aluminum plate technology, and expounds the problems including material storage, stamping process and repairing process of aluminum plate parts combining with the application of aluminum plate technology in Faw-vw.Keywords: Car Body; Lightweight; Aluminium plate; StampingCLC NO.: U466 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)21-130-03前言随着环境污染、能源消耗日益加剧等问题的出现，汽车制造业对汽车车身的轻量化提出了更高的要求。
SAE-ChinaJ0703-2013《轿车白车身轻量化设计方法》讲解
GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》；
GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》；
GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》；
SAE-China J0702－2013技术规范“普通乘用车白车身弯曲刚度测试方法”；
4.2
按照国家标准GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》，进行基于侧面碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如侧面压溃量、白车身吸能量、B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
4.3
按照国家标准GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》，进行基于正面偏置碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如前端压溃量、白车身吸能量、防火墙侵入量和B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
5.2
在进行整车被动安全性分析模型验证时，考虑到车身的四门两盖和门窗玻璃对整车被动安全性仿真分析结果有重要影响，车身有限元模型中包含四门两盖和门窗玻璃模型。
5.2.1
按照国家标准GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》，进行刚性壁障整车正面碰撞仿真分析，其假人伤害指标应满足标准规定要求；提取白车身结构抗撞性评价指标，如前端最大压溃量、B柱碰撞加速度曲线、防火墙最大侵入量、白车身吸能量曲线。
3.2
白车身产生单位扭转角所需要的外加扭矩，它表征了白车身抵抗扭转弹性变形的能力。
3.3
使白车身产生单位弯曲变形所需的弯矩，它表征了白车身抵抗弹性弯曲变形的能力。
3.4
指轿车前后轮距的平均值与轴距的乘积。
3.5
指白车身的性能指标，如弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲频率、一阶整体扭转频率等，相对白车身结构设计变量如板厚、梁截面面积和形状尺寸等的一阶导数。
论轿车白车身轻量化的表征参量和评价方法
论轿车白车身轻量化的表征参量和评价方法一、背景介绍近年来，汽车行业一直以轻量化为发展方向，这也使得白车身轻量化成为了汽车行业的研究热点之一。
白车身轻量化不仅可以减轻车辆自重，提高车辆的燃油经济性，还能减少对环境的影响，符合现代汽车工业的发展趋势。
针对轿车白车身轻量化，本文将从表征参量和评价方法两个方面展开研究并不断完善，以期为相关领域研究者提供一些建议和思路。
二、表征参量1. 车身减重量车身减重量是白车身轻量化的最基本表征参量。
随着材料技术的不断进步，汽车轻量化材料也在不断涌现，如碳纤维复合材料、镁合金材料等，它们可以有效地减少车身自重。
车身减重量可以直观地反映白车身轻量化效果。
2. 结构刚度结构刚度是白车身轻量化的另一重要表征参量。
轿车在行驶过程中需要承受各种因素的作用力，在轻量化的保证车身的结构刚度也是非常重要的。
通过评价车身的结构刚度，可以评估轿车在减轻车身自重的同时是否满足了车身的稳定性和安全性要求。
3. 车身材料的环保性车身材料的环保性也是白车身轻量化的重要表征参量之一。
随着人们对环保的重视程度不断提高，选择环保材料已成为汽车行业发展的趋势。
在实现白车身轻量化的过程中，应充分考虑材料的环保性，选择符合环保标准的材料，以减少对环境的影响。
三、评价方法1. 性能评价轿车白车身轻量化的评价方法中，性能评价是最基本的一种评价方法。
性能评价主要从白车身的动力性能、操控性能和舒适性等方面进行评价，以确保车辆在轻量化的同时不影响其整体性能。
2. 安全评价安全评价是评价白车身轻量化效果的重要手段。
轿车在行驶过程中需要保障车身的结构完整性和安全性，通过安全评价可以检验轿车在轻量化的过程中是否有牺牲安全性的情况。
3. 环保评价在进行白车身轻量化的过程中，环保评价也是必不可少的一种评价方法。
通过对车身材料的环保性、废旧车辆的回收利用等环保指标的评价，以确保白车身轻量化不仅可以提高车辆的燃油经济性，还能减少对环境的影响。
白车身多学科轻量化优化设计应用
白车身多学科轻量化优化设计应用面对日益短缺的能源状况和日益恶化的环境状况，无论在传统的内燃机汽车还是新能源汽车领域，轻量化设计都已成为汽车业关注的焦点。
轻量化技术必将成为汽车公司的核心竞争力之一。
目前轻量化设计的主要方法有以下3种：结构轻量化，即采用优化设计方法对车身的拓扑结构、形状尺寸与厚度进行优化设计，实现轻量化；工艺轻量化，即采用特殊的加工工艺方法，如激光拼焊板、柔性轧制差厚板、液压成型技术等；材料轻量化，采用高强度钢板、轻金属材料（如铝、镁）、非金属材料（高强度塑料、碳纤维复合材料等）。
标签：白车身；轻量化；优化设计1、白车身轻量化研究白车身结构轻量化能够达到理想状态，需要做到以下几点：1.1在早期的设计阶段就确定可行的轻量化方案。
通过运用虚拟分析与优化技术掌握各设计参数对各性能和重量的影响规律，做到重量和性能的平衡，不要到车辆开发的后期才考虑减重，这样减重效果并不明显。
目前国内的研究大多集中在车辆研发后期或者小改型设计，仅针对现有车型车身钣金件进行材料强度和厚度的减重优化设计，并没有涉及到车身骨架的开发，鲜有前期就引入结构轻量化的研究。
1.2车身轻量化优化设计需要考虑车身各项性能，是一个多学科的集成优化设计过程，应找到系统整体的最优解。
目前国内轻量化优化设计工况多为单学科，优化后再针对其他学科工况进行验算和结果修正，并没有直接进行多学科的集成优化。
1.3车身各零件的拓扑关系、截面尺寸、位置、材料强度与厚度共同影响着车身各项性能。
目前国内汽车企业主要集中对零件材料强度和厚度进行减重优化，没有综合考虑零件的拓扑关系、截面尺寸等导致轻量化设计的潜能没有完全发挥出来。
本文在车辆早期开发阶段，建立了整车参数化白车身模型。
共定义了60多个设计变量，包括车身关键零件的形状、位置、尺寸、材料与厚度。
根据整车布置空间与工程师经验，确立了设计变量的有效变化范围。
采用试验设计方法产生计算样本点，经仿真计算后汇总结果建立优化近似模型，通过多学科的集成优化，找到满足不同学科不同工况条件下的最轻白车身。
白车身轻量化设计分析
Ｌｉ ｈ ｗｅｇ ｓｇ ｎｄ ａ ａ ｙ ｉ ｆＢＩ ｇ ｔ ｉｈｔｄｅ ｉ ｎ ａ ｎ ｌ ｓｓｏ Ｗ
￣２ 卷 第３ －９ ， 期
２０ １ ２年 ６月
沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
ｙ Ｊｕｎｌ ｆ ｈ ｎ ａ ｇＡｅ ｓａｅＵ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｒａ ｏ ｅ ｙｎ ｒ ｐｃ ｎ ｖ ｒｉ Ｓ ｏ
— —
Ｖ Ｏ１ ２ Ｎｏ ３ ．９ ． Ｊ ｎ． ２ ０ １ ｕ ２
ｐ ｅ ｅ ｔ ｅ ｌｇ ｔ ｉｈｔｒ ｓ ａ ｃ ｆｅ ｅ ｓｉｆ ｅ ｓ ｃ ｌ ｓｏ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｒｆｃ ｔｏ ｌ ｔ ｉ ｈ ｗｅ ｇ ｅ ｅ ｈ ａ ｔｒ ｔ ｔｆｎ ｓ 、 ｏ ｌ ｉ ｎ ｐ ｒｏ ｍ ｎ ｅ ｖｅ ｉ ａｉ ｎ． ｈ ｒ ｈ ｉ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ａ ｃ ｏ ｄ ｎｇ ｔ ｅ ｕ ｒ ｍ ｅ ｔｆ ｒｃ ｒａｎ ｖ ｈｉｌ ｅ ｃｎ ｉ ｈ ，ｕ ｉ Ｅ ｅ ｉ ｖ ｔ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ・ ｃ ｒ ｉ ｏ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｏ ｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｅｒ ｄｕ ｉ ｇ ｗｅｇ ｔ ｓｎｇ Ｆ ｓ ｎｓｔ ｉ ｏ ｔｍｉ ａｉ ｎ ａ ｉ ｙ
轻量 化 的 目的在于 确保 车体安 全性 、 耐撞性 、 抗振 性及 舒适 性 的前 提 下 ， 减轻 车 身骨架 的质量 ， 同时汽 车 自身 造价 应不 被提 高来确保 增强 产 品的 竞争 力 。传 统 的轻 量化设 计 问题 都是 依赖 工程 师 的设 计经 验 ， 过 反 复 的试 凑 方 法来 得 出最 终 的 通 产 品设计 方案 ， 同时 它 还需 要 开 发 和试 制 出一 系 列成 品来 进行 产 品 各种 性 能 的分 析 ， 不仅 导 致 这 了开 发周 期长 ， 而且 开发 成本 高 ， 而使得 产 品失 从
电动汽车白车身轻量化设计及性能分析
电动汽车白车身轻量化设计及性能分析摘要：随着全球经济的发展和人们环保意识的不断提高，电动汽车作为新能源汽车的代表，逐渐成为汽车产业的重要发展方向。
与传统燃油汽车相比，电动汽车具有零排放、低噪音、高效节能等优势。
然而，在实际应用中，电动汽车还面临着一系列问题，例如，续航里程不足、使用寿命短、充电速度慢等。
而这些问题都与电动汽车的白车身结构设计和轻量化策略密切相关。
基于此，本文阐述了优化电动汽车白车身轻量化设计的策略，以供参考。
关键词：电动汽车；白车身轻量化设计；优化策略引言汽车白车身轻量化设计是电动汽车的主要组成部分。
对于电动汽车来说，对白车身进行轻量化设计，不仅能够降低对汽车能源的消耗和，还能提高电动汽车的行驶续航力和里程。
因此，对电动汽车白车身进行各种轻量化车型设计，就显得尤为重要。
一、优化电动汽车白车身轻量化设计的意义为发展节能环保的新产业，科技部已经发布了关于新能源电动汽车的重大专项，从长远经济发展、社会效益还是整体经济效益角度进行一个综合衡量考虑，低油耗、低污染排放的电动汽车发展是绿色节约型经济社会汽车发展的大趋势方向，包含纯能源电动汽车在内的多种新能源电动汽车快速发展也将是大势所趋。
与其他传统大型燃油电动汽车产品相比，纯动力电动汽车因为其特殊的传动原理及车身结构，白车身轻量化已经是必然的产业发展战略方向。
电动车白车身轻量化设计是为了提高能源的利用率，从而加强新能源电动车续航能力。
综合考虑人机工程、产品工业工艺技术和设计、成本以及效益等诸多影响因素，确定采用相应的设计生产工艺。
轻量化的技术研究对电动汽车的持续发展来说势在必行，只有真正实现了对于白车身轻量化研究才能大大降低技术开发成本，提高使用性能，从而更加接近国际市场需求。
二、优化电动汽车白车身轻量化设计的策略（一）使用新型的制造材料与传统金属材料相比，新型材料通常更轻、更坚固，因此，在设计和制造电动汽车时，使用新型材料可以将整个车身的重量减轻，从而改善续航里程和节能性。
汽车白车身设计规范
汽车白车身设计规范1. 范围本标准归纳了[BIW]白车身结构设计的一些基本方法和注意事项。
本标准适用于长春宇创公司白车身结构设计及检查。
2．基本原则2.1 白车身设计是一个复杂的系统并行设计过程，要彻底地摒弃孤立地单个零件设计方法，任何一个零件只是其所处在的分总成的一个零件，设计时均应考虑其与周边相关零部件的相互关系。
评注：周边造型匹配[面差、分缝影响外观]；周边安装匹配[焊接装配、安装件的连接、安装空间]2.2 任何一种车型的白车身结构均可按三层板的设计思想去构思结构设计，即最外层是外板，最内层是内板，中间是加强板，在车身附件安装连接部位应考虑设计加强板。
评注：结构的强度、刚度与横截面积有关系，与周边的展开的周长也有关系，“红旗3”轿车的一个宣传点就是其前防撞横梁为六边型。
2.3 所设计的白车身结构在满足整车性能上、结构上、四大工艺[冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺、总装工艺]是否比参考样车或其他车型更优越，是否符合国内（尤其是客户）的实际生产状况，以便预先确定结构及工艺的改良方案。
2.4 白车身在结构与性能上应提供车身所需的承载能力,即强度和刚度要求。
3．冲压工艺要求3.1 在设计钣金件时，对于影响拉延成型的圆角要尽可能放大，原则上内角R≥5，以利于拉延成型；对于折弯成型的圆角可以适当放小，原则上R≈3即可，以减小折弯后的回弹。
１）板件最小弯曲半径２） 弯曲的直边高度不宜过小，其值h ≥R+2t 。
见上表。
３）弯曲边冲孔时，孔边到弯曲半径R 中心的距离L 不得过小 ，其值L ≥2t 。
见上表。
４）圆角弯曲处预留切口。
５）凸部的弯曲避免如a 图情形的弯曲，使弯曲线让开阶梯线如图b ，或设计切口如c 、d 。
r ≥2t n=r m ≥2t k ≥1.5t L ≥t+R+k/23.2在设计钣金件时，考虑防止成型时起皱，应在适当的地方（如材料聚集处）布置工艺缺口，或布置工艺凸台、筋。
3.3 孔与孔，孔与边界距离应大于2t ，若在圆角处冲孔，孔与翻边的距离应大于R+2t 。
已发布的CSAE标准一览表含主题词
轿车白车身轻量化评价方法 热成形 B 柱设计方法 内高压成形前副车架设计方法 塑料前端模块支架测试方法 塑料前端模块支架设计方法 电动汽车的电磁场发射强度（9kHz-30MHz）测试规范 电动汽车 CAN 总线故障诊断服务规范 电动汽车整车控制器测试评价规范 电动汽车 CAN 总线测试规范 纯电动乘用车再生制动能量回收率的评价及试验方法 汽车用合金渗碳钢 汽车用非调质机械结构钢 汽车用薄钢板表面波纹度试验方法 汽车薄板成形极限图试验方法
轿车 白车身 评价 轻量化系数 热成形 B 柱 成形性 设计 内高压成形 副车架 台架试验 塑料 前端模块 支架 测试 塑料 前端模块 支架 设计 电动汽车 电磁场 测试 电动汽车 CAN 总线 故障诊断 电动汽车 整车控制器 测试 评价 电动汽车 CAN 总线 测试 纯电动汽车 乘用车 制动能量回收 评价 试验 金属材料 渗碳钢 齿轮钢 技术条件 淬透性 金属材料 结构钢 非调质钢 微合金钢 碳当量 金属材料 薄钢板 表面波纹度 测量方法 金属材料 薄钢板 成形极限图 刚性半球形胀形 Nhomakorabea43
T/CSAE 54-2016
汽车转向节总成性能要求及台架试验方法
转向节总成 性能 耐久 试验
注：第 1—30 号项目发布时间为 2015 年之前，采用原编号规则，这里省略了“J”前的“SAE-China”字样；2015 年以来共发布 13 项（第 31—43 号） ， 采用新编号规则。
4
汽车用冷轧热镀锌/锌铁合金钢板和钢带 汽车用热轧钢板和钢带 普通乘用车白车身扭转刚度试验方法 普通乘用车白车身弯曲刚度试验方法 汽车覆盖件板材抗凹性能试验方法 汽车金属材料和零件高周疲劳快速试验方法 乘用车润滑导则 第 1 部分：发动机润滑油的选用 乘用车润滑导则 第 2 部分：传动系统润滑油的选用 乘用车润滑导则 第 3 部分：特种液的选用 轿车白车身轻量化设计规范 汽车用液压成形热轧钢带 汽车热冲压成形用超高强度钢板及钢带 汽车用激光拼焊板焊缝质量测试方法 汽车板典型构件的压溃吸能试验规范
论轿车白车身轻量化的表征参量和评价方法
・４０４・汽车工程２００９年（第３１卷）第５期２汽车轻量化和轻量化设计的概念汽车轻量化设计和白车身质量的减轻与所设计的车身的尺寸和功能相关。
汽车轻量化设计和轻量化的概念应从３个方面来阐明：（１）对于已满足功能要求的汽车，轻量化的设计是减轻质量而保持原功能不变，其轻量化的效果是直接的减重；（２）汽车的现有功能尚不能全部满足要求或需要提升，轻量化设计是完善功能而保持质量不变，如改进汽车的动力学性能、ＮＶＨ性能和声学性能、操纵稳定性，提高汽车的刚度和安全性等∞１；（３）汽车轻量化设计既要提高改进性能，也要减轻汽车质量。
汽车的轻量化设计实际上是功能改进，质量减少，结构优化和合理价格的结合。
例如由国际钢铁协会组织的全世界３４家钢铁公司联合进行了超轻量钢车身项目（ＵＬＳＡＢ—ｕｌｔｒａｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌａｕｔｏｂｏｄｙ）就是功能、材料、减重、成本的结合Ｈ。
５Ｊ。
超轻钢车身（ＵＬＳＡＢ）、超轻钢汽车覆盖件ＵＬＳＡＣ（ｕｌｔｒａｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｃｌｏｓｕｒｅｓ）和超轻钢汽车悬架ＵＬＳＡＳ（ｕｌｔｒａｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）的汽车轻量化设计项目虽然其目标不同，但也都是类似超轻钢车身先进车概念ＵＬＳＡＢ—ＡＶＣ（ａｄｖａｎｃｅｄｖｅｈｉｃｌｅｃｏｎ—ｃｅｐｔ）的轻量化设计概念，其实施也是设计、功能、材料、减重和成本的综合，使项目达到最优性价比。
３汽车轻量化的表征参量及其物理技术意义汽车轻量化设计应包括质量减轻和功能的完善和改进，为表征白车身的轻量化的效果，宝马汽车公司的ＢｒｕｎｏＬｕｄｋｅ提出了轻量化系数的概念，该系数Ｌ可用下式表示为Ｌ＝ｍ／（Ｃ。
Ａ）（１）式中ｍ为白车身的结构质量（不包括车门和玻璃），ｋｇ；Ｃ。
为静态扭转刚度（包括玻璃），Ｎ・ｍ／（ｏ）；Ａ为左右轮边宽度与轴距的乘积所得的面积，ｍ２；Ｌ为轻Ｌｄ量化系数，ｉｉ了最气＿二可。
有关参量示意图见图１，汽车轻量化效果反应在￡值上为下降。
车身轻量化设计方法
车身轻量化设计方法郎勇【摘要】轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一,如何提高汽车轻量化水平已引起了汽车行业的广泛关注,文章主要从车身轻量化评价指标入手,根据车身结构特点,从车身设计角度,详细探讨了车身轻量化的实现方法.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(044)007【总页数】3页(P142-144)【关键词】汽车;轻量化;优化设计【作者】郎勇【作者单位】吉利汽车前瞻技术研究部,上海 201501【正文语种】中文【中图分类】U462.1引言随着汽车设计技术水平的提高，轻质材料的推广，工艺制造水平的提高，通过合理的车身结构、新材料的应用、新工艺实施，以更低的重量，实现整车性能目标成为可能。
1 车身轻量化评价方法目前汽车行业内公认的评价车身轻量化设计指标是白车身轻量化系数。
白车身轻量化系数作为汽车轻量化的评价指标，考虑了车身扭转刚度、车身大小、质量水平，对白车身材料的合理使用、结构优化设计有重要意义。
1.1 车身轻量化评价方法轻量化系数计算公式，如下：其中：— L为轻量化系数；— m为白车身重量(不包含四门两盖及玻璃)；— KTG为车身扭转刚度；— A为四轮的正投影面积(即轮距×轴距)。
2 车身轻量化设计方法依据车身轻量化系数公式可知，随着车身质量减轻与车身扭转刚度提高，车身轻量化系数将减少，车身轻量化水平将提高。
2.1 减轻白车身重量m轻量化系数主要考核的是单位重量的白车身所实现的车身性能。
在保证车身性能的前提下，降低白车身质量，可能通过如下途径实现。
2.1.1 提高高强度钢板用量，减少材料厚度零件材料厚度的减少，必须提高材料强度，以保证零件可靠性。
高强度钢板除了随着强度增加，冲压性能变差，回弹量大尺寸难以控制外，其优势如下：——高成型性，高强度及抗凹陷性；——屈服强度高，是能够减薄板厚，降低重量；——吸能性强，在减重的同时提高汽车安全性；——耐腐蚀性好，使用寿命长。
乘用车白车身轻量化设计与评价方法
文章标题：汽车轻量化设计对乘用车白车身的影响及评价方法探讨一、引言乘用车白车身轻量化设计在现代汽车工业中日益受到重视。
轻量化设计能够减少车辆整体重量，提高燃油效率，减少排放，同时也有利于车辆性能和安全性的提升。
本文将探讨乘用车白车身轻量化设计的影响以及评价方法。
二、轻量化设计的影响1. 燃油效率提升乘用车白车身轻量化设计能够减少整车重量，减轻车辆负荷，从而降低燃油消耗，提高燃油效率。
轻量化设计可以通过材料选用和结构优化等方式实现，例如采用高强度、高韧性的轻质材料，以及优化车身结构，减少材料使用。
2. 减少排放轻量化设计能够减少车辆整体重量，降低对动力系统的负荷，减少燃油消耗，从而降低尾气排放，减少污染。
对于环保意识日益增强的现代社会而言，轻量化设计在减少环境污染方面具有重要意义。
3. 车辆性能提升乘用车白车身轻量化设计还可以提升车辆的操控性、加速性和刹车性能。
减少车辆整体重量可以降低车辆的惯性，增加车辆的灵活性，提升操控性能；同时也能提高车辆的加速性和刹车灵敏度。
4. 安全性能提升轻量化设计可以通过优化车身结构，提高车身刚性，增加吸能结构等方式，提升车辆的安全性能。
轻量化设计并非仅仅降低车辆整体重量，更重要的是要在保证车辆安全性能的前提下进行设计。
三、评价方法1. 材料评价在乘用车白车身轻量化设计中，选用合适的轻质材料是至关重要的。
评价方法可以从材料的密度、强度、韧性、成本等方面进行综合评价。
常见的轻质材料包括铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等。
2. 结构评价结构评价是对车身整体结构进行评价，包括刚性、稳定性、振动响应等方面。
通过有限元分析等方法，可以对车身结构进行模拟评价，找出设计中存在的问题并进行优化。
3. 性能评价性能评价是对轻量化设计后车辆整体性能的评价，包括燃油效率、操控性、安全性、舒适性等方面。
通过车辆测试、模拟试验等手段，可以全面评价车辆轻量化设计的效果。
四、个人观点和总结个人观点：乘用车白车身轻量化设计是现代汽车工业发展的必然趋势，它不仅可以提升车辆性能，同时也有利于环保和可持续发展。
基于自适应响应面法的白车身结构轻量化设计
基于自适应响应面法的白车身结构轻量化设计
侯俊剑;王泳;钟玉东;赵登峰;何文斌;周放
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)8
【摘要】白车身是汽车的重要组成部分,许多汽车制造业已经把白车身轻量化设计作为重要研究方向之一。
如果能对白车身进行轻量化设计,就能达到节能减排的目的。
以某白车身为研究对象,基于自适应响应面方法对白车身模型进行优化求解。
首先利用有限元法获得白车身的模态、刚度和强度,并通过模态和刚度的灵敏度分析筛选15个钣金件作为变量;利用田口实验进行15因子3水平实验设计,根据田口实验数据创建响应面;然后使用最小二乘回归和移动最小二乘法进行响应面拟合,基于自适应响应面方法对其进行优化求解,并进行仿真实验对比。
结果表明,使用本文方法可以将白车身质量减重18.924 kg,减重了4.7369%,并且利用此方法进行的轻量化设计使得白车身的3个静强度工况的最大应力均有所下降,并在满足刚度和强度条件下,实现了白车身轻量化要求。
【总页数】10页(P3416-3425)
【作者】侯俊剑;王泳;钟玉东;赵登峰;何文斌;周放
【作者单位】郑州轻工业大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U462
【相关文献】
1.基于自适应响应面法的车身结构轻量化设计
2.基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计
3.基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计
4.面向约束优化的改进响应面法在车身轻量化设计中的应用
5.基于响应面的白车身轻量化多目标优化设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SAE-China J0703－2013
轿车白车身轻量化设计方法
Car Body-in-white Lightweight Design Method
2014-09-22发布2014-09-22实施
中国汽车工程学会发布
前
本技术规范按照GB/T1.1-2010《标准化工作导则第一部分：标准的结构和编写规则》要求起草。本技术规范针对白车身轻量化设计要求，对普通乘用车白车身的轻量化设计方法进行了规范性的规定和说明，对普通乘用车白车身轻量化设计起引导作用，为不同车型的普通乘用车白车身的轻量化设计提供一种通用的方法，类似车型也可参照执行。
5.4
5.4.1
以白车身的质量最小及正、侧和偏置碰撞时B柱最大加速度最小等性能指标为优化目标。
5.4.2
以白车身的弯曲和扭转刚度，一弯和一扭频率不低于要求的值，正碰和偏置碰撞的前端最大压溃量、防火墙最大侵入量和白车身最大吸能量在某一范围内，以及侧碰车门最大侵入量等为约束条件。
5.4.3
根据相对灵敏度分析结果，以对白车身性能不敏感、但对质量较敏感的白车身结构零件板厚、梁截面面积、形状（边长和夹角）为备选设计变量，再根据白车身有限元模型的规模及计算机硬件条件，通过综合权衡计算时间和轻量化效果，确定出对白车身减重最有效的设计变量个数进行多目标协同优化设计。
本技术规范适用于轿车承载式白车身，类似车型（整车整备质量小于3.5 t的其他乘用车）可参照执行。
2
下列标准对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改（不包括勘误内容）或修订版均不适用于本规范，但鼓励根据本规范达成协议的各方研究使用这些文件最新版本的可能性。
GB/T1.1-2010《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》；
GB/T 4780-2000《汽车车身术语》；
GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》；
GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》；
GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》；
SAE-China J0702－2013技术规范“普通乘用车白车身弯曲刚度测试方法”；
图5-3白车身分段式轻量化多目标优化设计流程
6
6.1
把经多目标协同优化得到的白车身优化设计变量参数（如板厚、梁断面形状等）按照钢板厚度规格和制造工艺要求进行相应调整，得到白车身轻量化设计方案。
根据该设计方案对白车身结构进行修改，如果所建白车身模型为全参数化模型，结构修改十分方便、快捷；如果为非参数化模型，结构修改较费时。结构修改后，按照5.1的要求重新进行白车身有限元建模。
SAE-China J0701－2013技术规范“普通乘用车白车身扭转刚度测试方法”；
3
本规范所规定的术语和定义用于轿车白车身的轻量化设计，考虑到它们对主管部门、制造厂商和用户具有实用价值，特规定下列定义。
3.1
本规范所定义的白车身相当于国家标准GB/T 4780-2000中定义的车身本体、即由车身结构件与覆盖件焊接或铆接后不可拆卸的总成，不含四门两盖、门窗玻璃与可拆卸的副车架。
U2——右侧加载点处的垂向位移,m；
图6-2计算白车身扭转刚度时的约束方法
6.2.2.2
采用在白车身与前悬架减振器连接点施加垂向集中反向载荷的方式对白车身进行扭转刚度计算加载，载荷大小为该车型满载时前轴荷的1/2，并向下圆整至1000N的整数倍，加载方式如图6-3所示。
图6-3计算白车身扭转刚度时的加载方式
6.2.2.3
当在白车身上施加最大扭转载荷时，提取白车身上二个加载点处的最大垂向位移值U1和U2，并按(6-2)式计算出白车身的最小扭转刚度。
5.4.4
本技术规范推荐的白车身轻量化多目标优化设计方法分为整体设计法和分段设计法两种。
5.4.4.1整体设计方法
整体设计方法是在白车身轻量化多目标优化设计中，利用多目标优化设计方法（或iSight、Optimus等软件）和/或代理模型简化分析方法，通过综合调用整车正、侧和偏置碰撞仿真分析模型、白车身有限元模态分析模型和弯、扭刚度分析模型，进行白车身结构的轻量化多目标协同优化设计，一次确定出满足约束条件要求，使各目标函数最小的白车身结构设计变量。其多目标优化模型如图5-1所示。
3.2
白车身产生单位扭转角所需要的外加扭矩，它表征了白车身抵抗扭转弹性变形的能力。
3.3
使白车身产生单位弯曲变形所需的弯矩，它表征了白车身抵抗弹性弯曲变形的能力。
3.4
指轿车前后轮距的平均值与轴距的乘积。
3.5
指白车身的性能指标，如弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲频率、一阶整体扭转频率等，相对白车身结构设计变量如板厚、梁截面面积和形状尺寸等的一阶导数。
本规范由汽车轻量化技术创新战略联盟提出。
本规范由中国汽车工程学会批准。
本规范由中国汽车工程学会归口。
本规范起草单位：吉林大学、长安汽车、一汽集团、中国汽研等
本规范主要起草人：王登峰、陈鑫、张君媛、陈书明、刘波、季枫、王传青、曲兴等
本规范于2014年9月首次发布。
轿车白车身轻量化设计方法
1
本技术规范规定了轿车承载式白车身轻量化设计方法。
三角形最小内角
三角形最大内角
三角形百分比
要求
＜20度
＜5
＞0.6
＞40度
＜135度
＞20度
＜140度
＜10%
5.1.3
根据白车身各零件材料特性参数，输入单元的材料属性，包括密度、泊松比、弹性模量、剪切模量、材料的本构关系等。
5.1.4
白车身有限元建模后的结构质量与白车身三维实体模型相比其质量变化不应超过5%，整车碰撞有限元模型总质量变化不超过40kg。白车身的质量应在轻量化设计报告中注明。
在图5-2中需要说明的是，由于形状变量的相对灵敏度不能够通过求导快速计算出来，需要通过DOE分析得到其贡献度，并根据贡献度的大小来提取相应形状设计变量。
5.4.4.2
分段设计方法流程如图5-3所示。它是把白车身结构轻量化设计分为两个阶段，即板类非安全件的轻量化设计与安全件和梁类零件的轻量化设计。这样可以避免同时进行过大的计算量和分析时间，对计算硬件资源要求也显著降低。但由于白车身上的零件不是相互独立的，一些零件不仅会影响白车身的刚度和模态，也会影响白车身的被动安全性。这种分段式设计方法，在完成白车身安全件轻量化多目标优化设计后，安全件的结构改动可能会影响白车身的刚度、模态性能，需要多次反复修改白车身结构并进行性能验证。也会大大增加白车身总的轻量化设计方案的计算分析时间。
4.2
按照国家标准GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》，进行基于侧面碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如侧面压溃量、白车身吸能量、B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
4.3
按照国家标准GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》，进行基于正面偏置碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如前端压溃量、白车身吸能量、防火墙侵入量和B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
3.6
指白车身的性能指标，如弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲频率、一阶整体扭转频率等除以零件质量后，相对于白车身结构设计变量如板厚、梁截面面积和形状尺寸等的一阶导数；
4
4.1
按照国家标准GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》，进行基于正面碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如前端压溃量、白车身吸能量、防火墙侵入量和B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
5.3
通过对白车身结构进行相对灵敏度分析，找出对车身被动安全性、刚度、NVH性能不敏感，但对减重较敏感的设计变量（如板厚、梁的断面形状、尺寸等）；但用传统的灵敏度分析方法确定优化设计变量（如车身上一些小零件设计参数）时，往往出现某些零件对车身性能不敏感但对减重也不敏感的情况，这会给白车身轻量化设计时设计变量的选取带来困难，因此本规范提出一种相对灵敏度分析方法。
图5-1白车身轻量化多目标协同优化设计模型
整体设计法的设计流程如图5-2所示。
图5-2白车身整体式轻量化多目标优化设计流程
该方法的优点是不需要进行重复多次的优化设计计算，只需要一次收敛计算就可以得到使白车身同时满足被动安全性，刚度和模态性能要求的一组轻量化优化设计结果。其缺点是，计算工作量大、计算时间长，需要特殊的计算机硬件资源，同时需要有多目标优化软件、有限元结构分析软件和被动安全性分析软件条件。
5
5.1
5.1.1
轻量化设计时对白车身的网格划分，主要用四边形壳单元、三角形壳单元、焊点单元、刚性单元等单元来模拟，单元的平均尺寸不超过10mm。
5.1.2
白车身有限元网格划分时单元质量控制基本要求如表5-1所示。
表5-1白车身单元质量控制要求
控制量
单元翘曲角
单元长宽比
雅可比
四边形最小内角
四边形最大内角
6.2
6.2.1
按照中国汽车工程学会技术规范《普通乘用车白车身弯曲刚度测试方法》中规定的约束、加载方式和弯曲刚度计算方法进行白车身弯曲刚度仿真计算。
6.2.1.1
在白车身与前后悬架减振器四个连接点处施加铰接约束，相当于约束白车身上四个连接点处的XYZ三个方向的移动自由度如图6-1所示。
图6-1计算白车身弯曲刚度时的约束方法
5.2.2
按照GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》，进行整车侧面碰撞仿真分析，其假人伤害指标应满足标准规定要求；提取白车身结构抗撞性评价指标，如侧面最大侵入量和侵入速度、B柱碰撞加速度曲线、白车身吸能量曲线。
5.2.3
按照GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》，进行整车正面偏置碰撞仿真分析，其假人伤害指标应满足标准规定要求；提取白车身结构抗撞性评价指标，如前端最大压溃量、B柱碰撞加速度曲线、防火墙最大侵入量、白车身吸能量曲线。