基于结构耐撞性的汽车车身轻量化设计

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