某轿车副车架轻量化设计
汽车副车架的轻量化开发
〔2019年第18期］
图3设计变量模态灵敏度
考虑上板的安装点比较多，将上板设置调整为1.8mm, 下板调整为1.6mm。优化后的厚度设计如表1所示，模型 重量为11.4kg。
表1设计变■优化前后尺寸对比
零部件名称 上板 下板
左羊角 右羊角 左侧支架 右侧支架 悬置支架 中间支架左 中间支架右
在试验场釆集实车道路谱载荷，经虚拟迭代、载荷
图1前副车架设计空间包络
3.2拓扑优化 划分设计空间包络的表面网格，然后在中间填充材
料，经过优化得到填充物的密度分布，解读后转化为 加强板概念设计方案。内部加强板拓扑优化过程如图2 所示。
优化变量：内部填充材料的密度。 目标：优化变量的体积分数最小。 约束：刚性约束下模态一阶频率不低于300Hz。 设计变量里添加最小尺寸约束参数，优化控制卡片 里添加棋盘格控制参数。
关键词：副车架；轻量化；优化：流程
中图分类号：U463.32+4
文献标志码：A
文章编号：2096-2789 (2019) 18-0025-04
1 前言 副车架的轻量化国内外己经进行了大量的研究。陈
磊E等用拓扑进行了铝合金副车架的正向设计开发；廖 抒华0等基于应力约束进行了尺寸优化；冯一鸣a等进
行了基于NVH分析的尺寸优化；黄小征內等用拓扑和 尺寸优化技术开展了某SUV的副车架优化；鲁宜文冈 等应用试验设计方法结合响应面和多目标遗传算法获得 了副车架质量和第一阶模态频率的Pareto最优解；朱剑 锋冏等对后副车架结构进行了全自动参数化优化计算。
4 尺寸优化 优化变量：各主要饭金件的厚度。
图2内部加强板拓扑优化过程来自作者简介：徐子鸣(1979—)，男，本科，主任工程师，研 究方向：结构强度耐久、轻量化、二次开发。
浅谈汽车后副车架轻量化概念设计方法
浅谈汽车后副车架轻量化概念设计方法摘要:汽车后副车架是车身、悬架系统的关键连接部件，对整车的操控性、舒适性和部件疲劳寿命起着至关重要的作用。
它是底盘设计水平的一个重要衡量指标，所以后副车架的设计方法一直是关注的焦点。
基于此，本文中提出在概念设计阶段结合隐式参数化建模与截面形状控制方法对后副车架整体进行轻量化优化设计。
关键词：概念设计；参数化建模；后副车架；轻量化设计前言在概念设计阶段，根据拓扑优化结果及造型、截面等数据建立参数化模型，并在设计初期进行多学科优化，可以更有针对性地进行汽车产品开发。
参数化建模包括显式参数化建模和隐式参数化建模，由于显式参数化建模难以解决零部件的大变形问题以及装配关系的更新，目前学者广泛采用隐式参数化建模技术实现“分析驱动设计”。
基于隐式参数化模型的优化设计主要针对已有的结构进行改型，均实现了良好的轻量化效果。
Wang等基于隐式参数化建模对白车身进行轻量化设计，在保证静动态性能的前提下质量减轻了7.63%。
Duan等将隐式参数化模型与全局灵敏度分析方法结合对白车身进行轻量化设计，有效地降低了设计复杂度。
一、后副车架的作用汽车副车架是处于悬挂连接部件与车身之间的一种辅助装置，后副车架与前副车架一样都是用来支承车桥和悬挂，悬挂和车桥直接与副车架相连，副车架再与“正车架”相连，由于其处于汽车的尾部，故称为后副车架。
由于人们越来越多的关注注重轿车的各项性能，后副车架作为可以提高舒适性和操纵性的重要底盘零件，其在汽车中应用也越来越广泛。
虽然不同车型之间后副车架的结构有很大的区别，但是其设计部件主要包括：后副车架整体骨架和连接各个零部件的支架等。
一般来说，和没有安装后副车架结构的汽车相比，安装有后副车架结构的汽车具有以下几个优点：1．装有后副车架能够提高悬架的连接刚度；2．装有后副车架比没安装后副车架的汽车多一级振动衰减的功能，能够有效降低传递到车身处的振动，从而改善汽车的舒适性；3．可以将悬架部分由散件集成为总成，把总成安装在后副车架上，提高悬架结构的互换性，使悬架等部件研发、安装和维修更便捷，有效减少了整车维护成本。
某轿车副车架轻量化设计
摘 要 ：以制动 工况为例 ， 对副 车架初始设计进行 结构强度计 算和模 态分析 ， 然后利 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对 副车架进行 尺寸 优化 ， 在强度允许 范围 内， 减小副车架零件厚度 ， 达到减 轻副车 架质量 的 目的 ， 最后对优 化后 的副车 架强度和模 态 频 率进行验证 。结果表明 ， 副车架总质量减轻 ９ ． ５ ％， 说 明该轻量化 方法是可行 的 ， 为今 后 的副车架设 计及 改进 工
轿车 的乘 坐舒 适性 以及 操纵 稳定 性一 直是 人们 所追 求 的 ， 但 两者恰 恰 又是 一对 相互 制约 的矛 盾 ， 副 车架 就是 为 解 决 这 一 两 难 问 题 而 产 生 的… 。 副 车
Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ， Ｓ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ ｎ ａ ｎ ， ＣＨＥ Ｎ Ｙ ｕ ｈ ｕ ｉ ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｃ ａ ｉ ｗｅ ｉ
（ １ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ １ ８ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
第３ ５卷第 ５ 期
２ ０ １ ３年 ９月
南
京
工
业
大
学
学
报
（ 自 然 科 学 版）
Ｖ ｏ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ５
Ｓ ｅ ｐ ．２ ０ １ ３
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｎ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ Ｎ Ｇ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
汽车前副车架轻量化设计
摘要： 对原前副车架结构和材料进行优化设计， 可以达到轻量化的效果。 将前副车架的钢材替换为铝合金材料 ＺＬ１１４Ａ， 并利
用 ＣＡＴＩＡ 三维建模软件对前副车架结构进行优化设计。 经优化， 前副车架质量由 １７ ｋｇ 减少至 １１ ７６ ｋｇ， 减重比例达 ３０ ８％， 满
足设计要求。 使用 Ｎａｓｔｒａｎ 软件对优化后的前副车架进行有限元分析， 结果表明新结构满足各种汽车行驶工况下的强度、 模态以及
刚度性能要求， 因此该轻量化设计方案可行， 在不影响前副车架正常使用的情况下减轻质量。
关键词： 前副车架； 轻量化； 结构优化； 有限元
中图分类号： Ｕ４６３ ３２
Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｂｆｒａｍｅ
ＳＵＮ Ｚｈｉｙｕａｎ ， ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇｚｈｏｎｇ ， ＰＥＮＧ Ｈａｏ１ ， ＺＨＡＯ Ｃｈａｏｃｈｅｎ１ ， ＬＩＵ Ｙｕｎｂｏ１ ， ＪＩ Ｌｏｎｇｈｕｉ２ ， ＣＡＩ Ｃｏｎｇ２ ， ＷＵ Ｊｉｎｇｌａｉ１
ｓｕｂｆｒａｍｅ． Ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｆｒｏｎｔ ｓｕｂｆｒａｍｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ １７ ｋｇ ｔｏ １１ ７６ ｋｇ， ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｃｈｉｅｖｅｓ ３０ ８％，
ｗｈｉｃｈ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｎａｓｔｒａｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒｏｎｄ ｆｒａｍｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ
有良好的静态特性。
原前副车架如图 １ 所示， 若只将前副车架的材料由钢替换
汽车前副车架轻量化优化设计方法及系统[发明专利]
![汽车前副车架轻量化优化设计方法及系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a6fcb658c77da26924c5b026.png)
专利名称：汽车前副车架轻量化优化设计方法及系统专利类型：发明专利
发明人：张峰,方永利,董立强,黄洁,周海,滕朝艳,王立来申请号：CN202011525851.X
申请日：20201222
公开号：CN112613120A
公开日：
20210406
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种汽车前副车架轻量化优化设计方法，该设计方法通过首先对前副车架进行拓扑优化，找出可以减除的冗余材料；然后再对经拓扑优化后的前副车架进行多学科优化，并在在多学可以优化过程中，形成了一套用于前副车架多学科优化分析的设计流程模板，以解决当前前副车架轻量化优化设计过程中操作复杂，无标准化、规范化和流程化造成的设计优化结果不统一的问题。
申请人：重庆金康赛力斯新能源汽车设计院有限公司
地址：401120 重庆市渝北区龙兴镇两江大道618号
国籍：CN
代理机构：北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司
代理人：吕小琴
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基于拓扑优化设计方法的轿车副车架轻量化研究的开题报告
基于拓扑优化设计方法的轿车副车架轻量化研究的开题报告一、选题背景随着汽车工业的发展，汽车的轻量化问题日益突出。
副车架作为汽车重要零部件之一，其质量对整车重量和燃油经济性有着重要的影响。
因此，如何在保证副车架性能的前提下实现轻量化是目前汽车制造企业和科研机构研究的重点之一。
拓扑优化设计方法作为一种新型的结构优化方法，已经被广泛应用于汽车结构轻量化领域，并取得了很大的成功。
二、研究目的和意义本文旨在研究基于拓扑优化设计方法的轿车副车架轻量化，探究在满足副车架承载能力和刚度的前提下，通过优化设计使副车架质量尽量减轻，从而提高汽车的燃油经济性和环保性能。
通过研究，可以为实现汽车轻量化提供理论参考和实践基础，促进汽车工业的可持续发展。
三、研究内容和方法1.对副车架的结构、工作原理、设计要求和轻量化技术进行研究和分析。
2.研究拓扑优化设计方法的基本理论和应用方法，设计并建立数学模型。
3.通过有限元分析软件进行副车架的模拟计算，建立副车架的有限元模型。
4.通过拓扑优化设计方法对副车架进行优化设计。
根据优化结果，利用CAD软件生成优化后的副车架模型，进行有限元分析和验证。
5.对比分析优化前后副车架的质量、刚度和承载能力等参数，并对优化结果进行评价和优化。
四、预期成果1.通过对副车架轻量化的研究和分析，得出副车架轻量化的可行性和优点。
2.通过拓扑优化设计方法对副车架进行优化设计，得到优化后的副车架模型。
3.通过对比分析，证明优化后的副车架在满足设计要求的前提下，质量得到了明显降低，且具备良好的刚度和承载能力。
4.为轿车副车架的轻量化提供理论依据和实践参考，为汽车工业的可持续发展做出贡献。
五、进度安排第1-2周：文献综述与调研；第3-4周：副车架的结构和轻量化技术分析；第5-6周：拓扑优化设计方法理论研究；第7-8周：建立副车架的有限元模型；第9-10周：拓扑优化设计并求解；第11-12周：CAD建模和有限元分析；第13-14周：对比分析和评价；第15-16周：撰写论文和答辩准备。
轿车副车架轻量化技术研究及应用
第１７卷第５期塑性工程学报Ｖ。
１．１７Ｎｏ．５１１１１１１１望』Ｑ堕基丛△垦１２Ｅ￡Ｌ垒苎！！竺！！羔堡丛ｇ！盟堡垦垦！堕鱼！！！！：！！！！ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—２０１２．２０１０．０５．０１５轿车副车架轻量化技术研究及应用＊（北京汽车研究总院，北京１０００２１）张立玲黄黎叶子青林逸（密歇根大学，美国４８１０９）赵红伟马正东摘要：文章将多．ｒ况强度分析方法与拓扑优化技术相结合，制定了基于刚度日标及应力约束的轿车副午架结构优化分析流程，并对几种车型的副车架分别进行厂结构强度评价分析、轻昔化优化分析。
工程实际应用表明，采用多工况强度分析方法。
能够准确地预测副车架强度薄弱部位，ＣＡＥ分析与试验结果吻合；采用拓扑优化方法，选取适当的优化参数，可以得到该文给ｆ｛ｊ的减重约１５％、符合制造工艺要求的实用减重方案，并适用于全新副车架的概念模型设计，具有较为重要的学术价值及工程实际意义。
关键词：轻量化；轿车副车架；拓扑优化；数值模拟中图分类号：Ｕ４６３．３２文献标识码：Ａ文章编号：１００７—２０１２（２０１０）０５－００７１—０５ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｐａｓｓｅｎｇｅｒｃａｒｓｕｂｆｒａｍｅｓＺＨＡＮＧＬｉ－ｌｉｎｇＨＵＡＮＧＬｉＹＥＺｉ—ｑｉｎｇＬＩＮＹｉ（ＢｅｉｊｉｎｇＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２１Ｃｈｉｎａ）ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｗｅｉＭＡＺｈｅｎｇ－ｄｏｎｇ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｃｈｉｇａｎ，ＡｎｎＡｒｂｏｒ，ＭＩ４８１０９，ＵＳＡ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＡＥａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｐａｓｓｅｎｇｅｒｃａｒｓｕｂｆｒａｍｅｓｗｅｒｅｓｅｔｕｐｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ—ｐｉｅｌｏａｄｃａｓｅｓｓｔｒｅｎｇｔｈａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｙｗｈｉｃｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓ。
轿车前副车架设计及优化
轿车前副车架设计及优化本科毕业设计（论文）轿车前副车架设计全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。
文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。
论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。
如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。
承诺人（签名）：日期：轿车前副车架设计摘要汽车轻量化设计是现代汽车产业发展的必然趋势，本课题围绕Roewe轿车前副车架采用镁合金的轻量化设计，实现平衡轿车驾驶的操控性和舒适性的目标。
通过对轿车前副车架功能的分析，确立前副车架的设计方案，建立三维模型和有限元分析模型，并对前副车架采用镁合金材料强度分析，并对于结构薄弱的位置提出优化思路。
研究过程中，首先了解了汽车轻量化设计的目的和方法，并学习前副车架的相关知识，明确其在汽车中的作用，前副车架的发展历史，功能设计要求，结构特点，型式，与车身连接方式，材料等，本课题的前副车架采用镁合金，文中也分析了镁合金的特性优点以及在汽车制造上的应用。
然后建立了前副车架的三维模型。
接着对前副车架进行结构强度的理论分析，包括所受到的载荷类型和强度理论，确定载荷工况，为之后的有限元分析奠定基础。
在学习有限元分析理论和了解有限元分析法在汽车行业中的应用之后，利用有限元分析软件hypermesh对前副车架的三维模型进行简化处理，网格划分，施加刚性连接和载荷工况，完成前副车架有限元分析模型的建立。
在对前副车架进行强度分析后得出应力云图，并对其结构薄弱的位置提出优化思路。
本课题的研究工作，无论在设计上还是分析上，都对汽车行业零部件现代化开发提供了参考。
关键词:前副车架汽车轻量化镁合金有限元方法DESIGN OF FRONT SUB-FRAME OF ROEWE CARABSTRACTAutomotive lightweight design is an inexorable trend of the development of modern auto industry. In this paper, magnesium alloy is used to design the front sub-frame of Roewe car by lightweight technology to achieve the balance of control and comfort during the car driving. By analysing the function of front sub-frame, the design scheme is established, as well as the 3D model and the finite element model. Strength analysis is carried out to the front sub-frame of magnesium alloy and optimized idea is suggested to the weak link of the structure.In the process of research, first, the intention and method of automotive lightweight design are comprehended. The related knowledge of the front sub-frame has been learned, and also the function, the development ,the design requirement, the shape ,the type ,the connection with the car body and the material have been confirmed. In this paper, the character and the application in the automotive manufacture of magnesium alloy is also analyzed. After that, a 3D model of front sub-frame is built.Strength theoretic analysis is carried out to the front sub-frame, including load type and strength theory. Load cases are confirmed and ADAMS dynamics model is introduced in order to set the base of finite element analysis.After learning finite element analysis theory and knowing the application in the automotive manufacture, hypermesh softwareis used to simply dispose the 3D model, and also mesh shell, add rigid joint, load cases so that a finite element analysis model can be established. Then the hypermesh optistruct function is used to get the stress nephogram, and the optimized idea is brought forward to the position of weak structure.The results showed that the dynamic characteristics of designed front sub-frame of magnesium alloy meet the front sub-frame use requirements.Key Word: Front sub-frame，Automotive lightweight design，Magnesium alloy， Finite element method目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论---------------------------------------------------- 11.1 课题研究意义--------------------------------------- 11.2 课题研究背景--------------------------------------- 11.3 本课题研究的主要内容------------------------------- 2第二章前副车架总体方案设计----------------------------------- 32.1 前副车架简介--------------------------------------- 32.1.1 副车架的作用--------------------------------- 32.1.2 汽车前副车架的发展历史----------------------- 32.2 前副车架设计方案----------------------------------- 32.2.1 副车架功能设计要求--------------------------- 42.2.2 前副车架形状--------------------------------- 42.2.3 前副车架型式的选取--------------------------- 42.2.4 前副车架工艺分析----------------------------- 52.2.5 前副车架与车身的连接方式--------------------- 52.2.6 前副车架材料的选取--------------------------- 62.2.7 前副车架主要部件----------------------------- 72.2.8 前副车架几何建模----------------------------- 72.2.9 前副车架结构特点----------------------------- 8 第三章结构强度分析理论--------------------------------------- 93.1 强度理论------------------------------------------- 93.2 前副车架所受载荷概述------------------------------- 113.3 前副车架计算工况选择------------------------------- 11 第四章前副车架有限元分析------------------------------------- 134.1 有限元分析理论及应用------------------------------- 134.1.1 有限元分析理论------------------------------- 134.1.2 有限元分析法在汽车行业中的应用--------------- 134.2 有限元分析模型建立--------------------------------- 144.2.1 Hypermesh软件介绍--------------------------- 144.2.2 前副车架有限元建模过程----------------------- 154.2.3 单元的选用和网格划分------------------------- 164.2.4 前副车架有限元模型--------------------------- 164.2.5 设置材料特性和单元属性----------------------- 164.2.6 施加刚性连接和载荷工况----------------------- 174.3 前副车架有限元计算--------------------------------- 184.4 前副车架优化设计思路------------------------------- 20 第五章总结与展望--------------------------------------------- 21 参考文献------------------------------------------------------- 22 致谢----------------------------------------------------------- 23第一章绪论1.1 课题研究意义汽车的底盘性能无外乎舒适性、操控性两大主题，而这两大功能又是一对相互制约的矛盾。
元宝梁副车架的轻量化设计
元宝梁副车架的轻量化设计作者：姜飞来源：《时代汽车》2020年第13期摘要：近年来，能源与环境危机加速了各国政府对汽车行业产品能耗与排放的严格控制，而国内在2020年7月1日将实施国六a排放标准。
目前国内在汽车零部件轻量化领域的发展逐步加快。
副车架作为乘用车的主要承载零部件，如何进行轻量化研究变得非常有意义。
基于此，本文对副车架的结构优化进行了分析研究。
关键词：元宝梁副车架轻量化1 轻量化的意义20世纪70年代的两次石油危机促进了汽车工业发展，提高了燃油经济性。
80年代中期，保护人类居住和赖以生存的环境又一次推动了汽车工业提高燃油经济性和排放。
近年来，能源与环境危机加速了各国政府对汽车行业产品能耗与排放的严格控制。
到2020年，除美国之外的生产消费国和地区，对乘用车燃油消耗的要求都将严格限制在5L/100Km以下的水平，而且碳排放也更加严格（国内在2020年7月1日将实施国六a排放标准）。
研究表明，约75%的油耗与整车质量有关，汽车的质量每减轻100Kg，百公里油耗将较少0.4-1.0L，汽车质量每减少10%，燃油消耗可降低6%-8%，同时汽车的废气排放量也有明显的降低。
目前国内在汽车零部件轻量化领域的发展逐步加快。
副车架作为乘用车的主要承载零部件，如何进行轻量化研究变得非常有意义，本文对副车架的结构优化进行了分析研究。
2 副车架轻量化方向副车架是承载前后车桥及悬挂的支架，主要作用是阻隔振动和噪声，减少其直接进入车厢，提高整体悬架刚度。
副车架的轻量化设计主要从结构优化、新材料应用两方面着手。
3 副车架性能指标的确定3.1 原始三维数据建立首先，采集标杆车副车架硬点坐标，分析结构及工艺。
其次，扫描车副车架数据，用Catia软件进行逆向建模。
再次，对副车架进行拆解，了解焊接结构，分析焊接工艺，初步确定材料属性。
此副车架主体由冲压件组焊而成，主要尺寸包含有四个车身安装点与车身连接，2个摆臂安装点，2个转向机安装点，4个稳定杆安装点，1个发动机悬置安装点，具体结构如图1基础版模型。
副车架下摆臂以铝代钢轻量化结构设计
副车架下摆臂以铝代钢轻量化结构设计吴杨,武振江,曹建,王鹏,张俏(中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，天津300300)动力学载荷提取模态强度工况结果对比分析结果材料性能疲劳分析强度分析有限元模型CAD 数模结构重塑悬架多体模型拓扑优化摘要：为应对节能减排、轻量化要求，现需要对某副车架下摆臂进行以铝代钢轻量化设计。
采用半固态铸造成型工艺，应用轻型的A357铝合金材料替代原来的冲压钢制材料，在现有摆臂硬点不变的情况下，对原结构的冲压摆臂进行重新设计。
采用变密度法的拓扑优化技术得出模型结构，然后进行模型重构，再对重构的模型进行强度和疲劳分析，验证其性能，实现摆臂结构的轻量化设计。
最终该悬架下摆臂质量减少1.18kg，减重34.9%，完成其设计目的。
关键词：以铝代钢；拓扑优化；轻量化设计中图分类号:TH 122文献标志码:A文章编号：1002-2333（2020）07-0051-04Light weight Structural Design of Subframe Lower Arm by Substituting Aluminum for SteelWU Yang,WU Zhenjiang,CAO Jian,WANG Peng,ZHANG Qiao(CATARC (Tianjin)Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300300,China)Abstract:In order to meet the requirements of energy saving,emission reduction and weight reduction,a lightweight design of a substituting aluminum for steel is carried out for the lower arm of a subframe.The semi-solid casting molding process is adopted,and the lightweight A357aluminum alloy material is used to substitute for the original stamped steel material.Under the condition that the existing hard point of the swing arm is unchanged,the stamping swing arm of the original structure is redesigned.The structure of the model is obtained by the topology optimization technique of variable density method.Model reconstruction is carried out.Strength and fatigue analysis of the reconstructed model is performed to verify its performance and realize the lightweight design of the swing arm structure.In the end,the suspension lowerarm loses 1.18kg and 34.9%,which fulfills its design purpose.Keywords:substituting aluminum for steel;topology optimization;lightweight design0引言近来随着国六排放标准的实施，汽车尾气排放要求越来越严，对车辆轻量化要求也越来越高，车身及底盘减重势在必行。
自行式C型旅居车前副车架轻量化设计方案
自行式C型旅居车前副车架轻量化设计方案摘要：自行式C型旅居车的前副车架是旅居车的重要组成部分，其重量对车辆性能和燃油经济性有着重要的影响。
本文基于轻量化设计的原则，采用材料选择、结构优化等手段，设计了一种前副车架轻量化方案。
该方案通过合理的材料搭配和结构优化，成功将前副车架的重量减轻了约15%，同时还能够保证其强度和刚度，提高旅居车的燃油经济性和行驶性能。
这表明，在未来的旅居车设计中，轻量化设计将会成为一个重要的研究方向，以提高车辆的性能和燃油经济性。
关键词：自行式C型旅居车；前副车架；轻量化；材料选择；结构优化引言：自行式C型旅居车因其独特的旅游体验和方便舒适的居住环境，成为现代旅游业中越来越受欢迎的选择。
然而，随着旅游车辆的不断发展和升级，其重量和能源消耗等问题也日益受到关注。
在旅居车的重要组成部分中，前副车架对于车辆的性能和燃油经济性都具有重要的影响。
因此，如何减轻前副车架的重量，提高旅居车的性能和燃油经济性，成为了一个重要的研究方向。
本文将通过轻量化设计的方法，研究如何减轻前副车架的重量，并探讨该方案对旅居车性能和燃油经济性的影响。
1 前副车架轻量化设计的原则轻量化设计是指在不影响产品性能和质量的前提下，尽可能减轻产品的重量。
在前副车架轻量化设计中，需要遵循以下原则：（1）保证强度和刚度。
在前副车架轻量化设计中，必须优先考虑保证其强度和刚度。
因为前副车架需要承受车辆的重量和各种复杂的道路环境，所以其强度和刚度是必须保证的[1]。
在设计前副车架时，需要根据所选材料的性质和前副车架的结构来进行合理的设计，以保证其强度和刚度。
（2）选择轻量化材料。
在前副车架轻量化设计中，选择轻量化材料是非常重要的一步。
轻量化材料可以有效地减轻前副车架的重量，同时还要满足强度和刚度的要求。
常用的轻量化材料包括铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等。
选择合适的轻量化材料，可以在不影响前副车架强度和刚度的情况下，实现前副车架的轻量化设计[2]。
液压成形轻量化技术在副车架的应用
本文所介绍的副车架原型为大型冲压焊接件。 该原型副车架的主要结构是由前后、上下钣金冲压 件以及一些加强板、附属支架通过焊接构成，焊接方 式为二氧化碳和氩气混合气体保护电弧焊。
前副车架
侧梁
横梁和摆臂 副车架 U 型梁
横梁 纵梁
侧梁
图 1 液压成形技术在汽车上的应用
原型钣金冲压焊接副车架
优化后的副车架
仪表盘
车顶侧梁
B柱
本文以乘用车某车型钣金冲压后副车架作为优 化对象，通过拓扑、形貌和性能等多目标方法优化 后，设计成采用液压成形管件与钣金冲压件拼焊成 的后副车架，将原型后副车架由原来的 18.2 kg 降低 到 14.6 kg，实现减重 3.6 kg（19.7%），性能保持不变， 最大应力降低，同时，零部件采购成本降低 25%，给 企业带来了非常可观的经济效益。
（1）根据整车参数，在 Adams/car 中建立汽车悬 架动力学模型，根据整车载荷以及载荷分布情况，在 动力学模型中对整车 11 种典型工况进行仿真分析， 得到悬架在相应工况下的载荷[3]。
（2）建立拓扑优化模型，其中包括拓扑优化空间 的包络、边界条件的定义和拓扑优化参数的设置等， 它们会对优化结果产生重要的影响。
2
向后制动工况
3
过单侧凸包工况
4
过双侧凸包工况
5
过单侧深坑
6
极限转向工况
7
转向制动
8
转向驱动
9
向前驱动工况
10
对角扭曲
11
过单侧深坑
原型 169 261 391.3 392 398.2 394.1 219.9 398.8 260.5 384.8 390
最大应力/MPa 优化 134.4 209.9 327.5 319.5 395.1 391.4 185.7 290.5 259.7 307.3 311
某轿车副车架轻量化设计
某轿车副车架轻量化设计李锦;苏小平;王宏楠;陈宇晖;张才伟【摘要】以制动工况为例,对副车架初始设计进行结构强度计算和模态分析,然后利用ANSYS对副车架进行尺寸优化,在强度允许范围内,减小副车架零件厚度,达到减轻副车架质量的目的,最后对优化后的副车架强度和模态频率进行验证.结果表明,副车架总质量减轻9.5％,说明该轻量化方法是可行的,为今后的副车架设计及改进工作提供参考.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(035)005【总页数】4页(P125-128)【关键词】副车架;轻量化;静力分析;模态分析【作者】李锦;苏小平;王宏楠;陈宇晖;张才伟【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211800;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211800;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211800;宁波跃进汽车前桥有限公司,浙江宁波315021;宁波跃进汽车前桥有限公司,浙江宁波315021【正文语种】中文【中图分类】TH12;U463.32轿车的乘坐舒适性以及操纵稳定性一直是人们所追求的，但两者恰恰又是一对相互制约的矛盾，副车架就是为解决这一两难问题而产生的［1］。
副车架是轿车底盘中非常重要的承载件，使用频繁、故障率高，所以应当具有足够的强度来保证其使用要求。
节能环保是现代汽车工业重要的主题，也是关系社会可持续发展的重大问题。
大量试验表明，汽车的质量与汽车石油消耗量有直接关系，汽车的质量每减轻100 kg，百公里油量将减少0.4～1.0 L，汽车质量每减少10%，燃油消耗可降低6% ～8%，同时车辆废气排放量也有明显的降低［2］。
目前，国内外对汽车结构轻量化的研究比较广泛，并且已经从主要依靠经验设计发展到应用有限元等现代设计方法进行强度计算和分析阶段。
杨锁望等［3］采用极限工况对汽车驱动桥壳进行轻量化，使厚度由30 mm减少为20 mm;张勇等［4］通过遗传算法对车身吸能部件的板厚进行了优化;福特汽车公司对轿车车身进行了基于NVH和碰撞要求下的轻量化研究［5］。
实验设计与近似模型结合下的副车架结构轻量化优化_朱剑峰_林逸_史国宏_寇宏滨_姜
朱剑峰，等： 实验设计与近似模型结合下的副车架结构轻量化优化
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表 1 设计变量取值范围
mm
变量 取值范围 变量
取值范围
1
－ 10 ～ 10
15
0 ～7
设计参数关系的 Kriging 模 型［5 － 6］，优 化 过 程 的 求 解采用模拟退火 算 法［7］，具 体 的 优 化 分 析 流 程 如 图 7 所示。
18
1． 9
5
0． 61
19
2． 8
6
－ 7． 47
20
2． 5
7
1． 52
21
2． 0
8
13． 34
22
2． 2
9
1． 26
23
2． 0
10
－ 0． 43
24
1． 6
11
1． 21
25
1． 6
12
2． 16
26
2． 2
13
4． 10
27
1． 6
14
104． 3
硬点 前控制臂 后控制臂
稳定杆 转向机 后拉杆
图 2 前横梁设计变量
图 5 控制臂内加强板设计变量
图 6 后横梁加强板设计变量
除水箱安装 支 架 和 车 身 安 装 处 的 套 筒 外，其 余钣金件的厚度均 作 为 设 计 变 量，副 车 架 的 空 间 结构尺寸和材料厚度的设计变量总计有 27 个。 通过仔细考虑发动机前舱各部件间的空间布置 来确定优化过程中副车架结构尺寸设计变量的 可用取值范围，而对 钣 金 件 的 材 料 厚 度 则 根 据 实 际板材的可用厚度 来 决 定，所 有 设 计 变 量 的 取 值 范围如表 1 所示。
景逸副车架轻量化改进研究
Abstract: The subframe Jing Yi SUV models of lightweight improvement design, the sub frame finite ele⁃ ment static analysis in emergency braking, found the subframe bend stress distribution at least weight reduc⁃ tion design for elbow. The stiffness efficiency analysis is carried out by means of torsion deformation. By adjusting the elbow size parameters, the weight reduction scheme is proposed without affecting the overall stiffness matching. The static analysis of the same working condition proves that the stress distribution of the improved structure is more uniform. The improved subframe successfully passed the bench test and road test, and achieved the weight loss goal successfully. Keywords: home-made SUV ；vice frame；lightweight improvement
2 研究目的
联系企业的生产实际，采用有限元法与电测试验相 结合的方式，对副车架各工况的受力状况进行全面分析 和总结，并结合理论，为汽车零部件厂商提供一套低成 本、可行的轻量化设计方案。
基于灵敏度控制的某商用车前副车架轻量化设计
关键词：前副车架；有限元法；灵敏度；轻量化设计；疲劳寿命 中图分类号：U463.1 文献标志码：A
Lightweight design of the subframe for a commercial vehicle based on the sensitivity analysis
某高强钢轻量化副车架的动刚度优化
由于前副车架通过发动机后悬置与发动 机相连，为了避免结构共振和降低轰鸣声， 提升 NVH 性能，必须进行副车架的动态响应 分析，其中动刚度是极为重要的指标。本文
以某公司 SUV 的前副车架为例，采用 FB780 高强钢减薄并结构优化得到第一轮轻量化模 型，运用有限元软件 Optistruct 对轻量化模 型进行动刚度分析，并通过调整子级零件板 材的厚度分析其对动刚度的敏感性，同时结 合重量敏感性得出不同板材厚度的最优组合。 最终得到最优的轻量化方案，比原量产副车 架减重 3.8KG，减重 20%，而动刚度性能指 标并不降低。为乘用车前副车架的设计和优 化提供了动刚度分析依据。
Key words：subframe, dynamic stiffness, lightweight, sensitivity, Optistruct
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引言
强度 600MPa 以上的 AHSS 高强钢工艺 日渐成熟，得到了普遍应用。油耗法规要求 及碳排放要求的提升，对于汽车的轻量化要 求越来越高。轻量化是降低能耗、减少排放 的最为有效的措施之一。副车架作为汽车底 盘重量占比较大的结构件，轻量化效益明显。
统在外力作用下发生振动的难易程度。振动的
响应分别有位移，速度和加速度，相应的阻抗
也就要位移阻抗，速度阻抗和加速度阻抗。
对于单自由度粘弹性系统，其动力方程为：
某车型前副车架轻量化优化分析
10.16638/ki.1671-7988.2019.06.052某车型前副车架轻量化优化分析周丽杰（爱驰汽车（上海）有限公司，上海200090）摘要：某款车型前副车架在设计阶段，进行结构耐久仿真分析时发现前副车架的焊缝疲劳存在开裂风险。
利用OptiStruct 的优化功能，对副车架进行灵敏度分析和尺寸优化设计，得到副车架的最优结构尺寸。
优化后的副车架质量减少1.2%，且焊缝寿命提高64-85%。
关键词：前副车架；OptiStruct；焊缝疲劳；轻量化；优化中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)06-156-02The light weigh and optimization analysis of the front sub-frame of a vehicleZhou Lijie（AIWAYS Automobile(Shanghai) Co., Ltd, Shanghai 200090）Abstract: In the design stage of the front sub-frame of car, the weld fatigue of the front sub-frame is found to be at risk of cracking. By using the optimization function of OptiStruct, the sensitivity analysis and dimension optimization design of the sub-frame are carried out, and the optimal structural dimensions of the sub-frame are obtained. The quality of the optimized sub frame is reduced by 1.2%, and the life of the weld is increased by 64-85%.Keywords: front sub-frame; Weld fatigue; light weigh; optimizationCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)06-156-02引言对于新能源电动汽车来说，减轻重量，实现轻量化，对增加其行驶里程和提高车身的耐久性和安全性有着非常重要的意义，有目标地减轻汽车自身的重量就成为必然的途径。
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图２副车架有限元模型
Ｆｉｇ．２ ＦＥＡ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｕｂｆｒａｍｅ
０
７．０５×１０一１．４１ Ｘ１０８ ３．５２×１０１
２．１１ Ｘ１０ｓ
２．８２ｘ１０ｓ ３．１７Ｘ１０“
１ ０６ｘ１０“１ ７６ｘ１０８ ２．４７Ｘ１０８
图３初始设计ｙｏｎ Ｍｉｓｅｓ应力（Ｐａ）
１．３副车架材料参数
Ｆｉｇ．３
弱环节和不足之处，为副车架的开发提供理论依据。
零阶方法采用逼近因变量求得最优值的方法， 是一种通用的比较完善的方法，在工程问题的解决 中有非常普遍的应用；而一阶方法使用因变量的一 阶偏导数求得最优解，虽然此法精度较高，但求解空
间大，计算时间长，且容易造成局部收敛，很难得到 全局最优解。因此，笔者采用零阶方法作为ＡＮＳＹＳ
表２制动工况各关键点处载荷
Ｔａｂｌｅ ２ Ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ ｌｏａｄ ｏｆ ｂｒａｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
图１副车架三维模型
Ｆｉｇ．１ ３－Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｕｂｆｒａｎｌｅ
２副车架结构有限元分析
２．１副车架静力分析 副车架与车架连接的４个橡胶衬套中心孑Ｌ表
１．２副车架有限元模型的建立
将副车架的三维模型以ＩＧＳ格式导入Ｈｖ— ｐｅｒＭｅｓｈ中，在不影响计算结果的前提下对模型进 行适当的简化，采用ＳＨＥＬＬ６３单元划分网格，得到 的有限元模型共有７０ ４４９个节点，６９ ３５４个单元， 如图２所示。将生成的模型以ｉｎｐ格式导入ＡＮＳＹＳ 中，进行后续有限元计算。
ｍｉｎ（ｆ（Ｘ））
Ｍｏｄａｌ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
ｓｕｂｆｒａｍｅ
阶数
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
频率／Ｈｚ
０ ０ ０．６１３ ２９×１０。 Ｏ．１１１ ９５ ０．１１６ ６２ ０．２６７ ９８ １１２．１５ ２１１．７７ ２２４．５６ ２５５．５２ ３５７．０２
ｗａｓ ｗａｓ
ｏｎ
ｂｒａｋｅ
ｃｏｎ－
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＮＳＹＳ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｍａｓｓ
ｗｅｒｅ
ｏｆ ｓｕｂｆｒａｍｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｕｂｆｒａｍｅ ｔｏｔａｌ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｆｒａｍｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ９．５％，Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ
第３５卷第５期
２０１３年９月
南京工业大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮＪＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
ｖ０１．３５ Ｎｏ．５ Ｓｅｐ．２０１３
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—７６２７．２０１３．０５．０２４
某轿车副车架轻量化设计
李 锦１，苏小平１，王宏楠１，陈宇晖２，张才伟２
２．宁波跃进汽车前桥有限公司，浙江宁波３１５０２１）
摘要：以制动工况为例，对副车架初始设计进行结构强度计算和模态分析，然后利用ＡＮＳＹＳ对副车架进行尺寸 优化，在强度允许范围内，减小副车架零件厚度，达到减轻副车架质量的目的，最后对优化后的副车架强度和模态 频率进行验证。结果表明，副车架总质量减轻９．５％，说明该轻量化方法是可行的．为今后的副车架设计及改进工 作提供参考。 关键词：副车架；轻量化；静力分析；模态分析 中图分类号：ＴＨｌ２；Ｕ４６３．３２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—７６２７（２０１３）０５—０１２５—０４
运用ＡＮＳＹＳ软件模态分析中的Ｂｌｏｃｋ Ｌａｎｃｚｏｓ方法， 对副车架进行自由模态分析，计算时提取１２阶模 态，结果见表３。
表３副车架初始设计模态频率
Ｔａｂｌｅ ３
程序的优化算法。 定义组成副车架的各零件厚度为设计变量，将 原设计中的最大应力作为状态变量，要求该最大应 力不超过材料的屈服强度４２０ ＭＰａ，副车架的质量 最小为目标函数。其数学模型可表示为
ｇｉ（ｘ）≤０江１，２，…，ｍ
ｈｊ（Ｘ）＝０，＝１，２，…，ｎ Ｘ＝（戈ｌ，戈２，…ｚ。）
（３）
式中以ｘ）为目标函数；ｇｉ（ｘ）、ｈｉ（Ｘ）为约束条件； ｘ为设计向量。 副车架只使用了一种材料，所以可将目标函数
转化为体积最小，各设计变量代表的副车架上的零 件，如图４所示。
ｍ
ｎ屹
４２９．２７
目前高速公路和一般城市道路，路面激励的频 率大都在２５ Ｈｚ以下，而该副车架的第７阶频率为 １１２．１５ Ｈｚ，远高于路面激励，不会引起共振。 发动机引起的激振频率．广¨
车的质量与汽车石油消耗量有直接关系，汽车的质
量每减轻１００ ｋｇ，百公里油量将减少０．４—１．０ Ｌ，汽
收稿日期：２０１２—０４—２５
作者简介：李锦（１９８７一），男，山东寿光人，硕士生．主要研究方向为车辆数字化开发与集成技术；苏小平（联系人），教授，Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｘｉａｏｐｉｎｇ＠
ｒｉｐ．１６３．ｃｏｒｎ．
所追求的，但两者恰恰又是一对相互制约的矛盾，副
车质量每减少１０％，燃油消耗可降低６％～８％，同 时车辆废气排放量也有明显的降低旧ｊ。 目前，国内外对汽车结构轻量化的研究比较广 泛，并且已经从主要依靠经验设计发展到应用有限 元等现代设计方法进行强度计算和分析阶段。杨锁 望等”ｏ采用极限工况对汽车驱动桥壳进行轻量化，
２）优化后的副车架各阶频率均高于路面及发 动机的激励频率范围，可有效避免共振的发生，优化 后的副车架具有良好的动态性能。 ３）优化后副车架的质量减轻了１．２ ｋｇ，比优化
（１．南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１１８００；
Ｓｕｂｆｒａｍｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ
ＬＩ Ｊｉｎｌ，ＳＵ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｃａｒ
Ｘｉａｏｐｉｎ９１，ＷＡＮＧ
Ｈｏｎｇｎａｎｌ，ＣＨＥＮ Ｙｕｈｕｉ２，ＺＨＡＮＧ Ｃａｉｗｅｉ２
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｕｂｆｒａｍｅ
ｍ¨屹
４２３．３９
在下控制臂的集中载荷处；优化后为３７９ ＭＰａ，出现 在后橡胶衬套的焊点连接处，均小于材料的屈服极
３．２副车架轻量化验证 限４２０ ＭＰａ，优化后的副车架能够满足强度要求。
３．２．１静力分析验证 根据轻量化设计得到的结果，修改原始模型零 件厚度，进行静力分析，应力结果如图５所示。
万方数据
南京工业大学学报（自然科学版）
第３５卷
轻量化研究∞Ｊ。但是通过采用优化设计的方法对
制动工况为例，借助多体动力学软件ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ 建立悬架模型，进行静载分析得到各关键连接点处 载荷，结果如表２所示，表２中的Ｒ、Ｆ¨凡表示各 受力点３个方向上的力。
表１副车架材料特性参数
Ｔａｂｌｅ １
副车架进行轻量化研究的还比较少。 因此，在保证足够的强度和良好动态性能的基 础上，采用有限元法对汽车零部件进行轻量化研究 就显得越来越重要。轻量化已成为汽车设计领域的
由表４计算可得：优化前副车架质量为１２．６４
万方数据
１２８
南京工业大学学报（自然科学版）
一———————————————————————————————————————————————————————一
表５优化后副车架模态频率
Ｔａｂｌｅ ５
第３５卷
ｋｇ，优化后副车架质量变为１１．３９ ｋｇ，优化后副车架 的质量减轻了１．２ ｋｇ，占优化前车架总质量的 ９．５％，取得了良好的减重效果。
研究热点。 １
ＭａｔｅＨＭ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ
ｓｕｂｆｒａｍｅ
密度／ 泊松比
肛
副车架有限元模型及载荷的确定
副车架通过４个橡胶衬套与车身连接，并为所
抗拉强度／屈服强度／弹性模量／
ＭＰａ ６００ ＭＰａ ４２０ ＭＰａ ２１０
（ｋｇ・ｍ。３）
７ ８００
１．１副车架三维模型
Ｏ．３
有后悬架部件提供安装位置，后副车架的三维模型 采用ＣＡＴＩＡ软件建立，由项目合作公司提供，采用 结构钢制作，具体结构如图１所示。
使厚度由３０ ｍｍ减少为２０ ｍｍ；张勇等Ｈ ｏ通过遗传 算法对车身吸能部件的板厚进行了优化；福特汽车 公司对轿车车身进行了基于ＮＶＨ和碰撞要求下的
车架就是为解决这一两难问题而产生的…。副车 架是轿车底盘中非常重要的承载件，使用频繁、故障 率高，所以应当具有足够的强度来保证其使用要求。 节能环保是现代汽车工业重要的主题，也是关 系社会可持续发展的重大问题。大量试验表明，汽
副车架轻量化设计及验证
轻量化设计实际是以减轻质量为目的优化设
３．１副车架轻量化设计
计。在ＡＮＳＹＳ优化设计中常用的方法有零阶方法
和一阶方法¨－。
副车架模态分析是其结构动力学分析的基础。 静力分析中已经验证了副车架具有足够的强度以保 证其使用要求，但是实际使用过程中副车架主要受 到动载荷的作用，所以对副车架进行模态分析可以 掌握副车架对激振力的响应，从而发现结构上的薄
ｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｆｒａｍｅ．ａｔｅFra bibliotekｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ—
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｆｒａｍｅ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ；ｓｔａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
轿车的乘坐舒适性以及操纵稳定性一直是人们
表４副车架各零件优化结果
Ｔａｂｌｅ ４
Ｍｏｄａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｕｂｆｒａｍｅ
阶数
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９