文档介绍：轿车车身的轻量化设计 2011-05-1608:27:24作者:撰文/金华职业技术学院吕红萍来源:文字大小:[大][中][小]   本文从车身轻量化设计的现实意义入手,对轿车车身的轻量化设计现状及方法作了介绍。降低车身质量是提高汽车燃油经济性的重要途径,对于车身占总质量30%~40%的轿车来说,车身结构的轻量化对于整车的轻量化具有重要意义。车身的轻量化设计,可以保证车身具有良好的刚度性能和均匀合理的受力分布,提高材料的利用率。在保证汽车安全性的前提下,实现汽车车身结构的轻量化设计,从燃油经济性角度看有重要的现实意义。 轿车车身轻量化设计方向及现状    汽车轻量化设计使生产工艺、人体工程学、工业设计、材料学、运输学、经济学等众多各不相同的学科紧密地联系在一起。轿车车身的轻量化设计与整车的安全性是一对矛盾体,如果为了满足各种法规的要求,保障乘员的安全,就应提高车身结构的碰撞吸能特性;如果为了汽车的燃油经济性、排放等因素考虑就应减轻车身的质量。因此轿车车身轻量化是在保证汽车整体性能不受影响、确保车身强度、刚度和模态等结构特性要求的前提下,减轻车身骨架质量的一种设计趋向。    轿车车身轻量化技术主要包括轻量化材料的使用和结构的轻量化设计。前者是车身轻量化的主流,即采用轻量化的金属和非金属材料,主要是采用高强度钢材、铝镁合金、工程塑料、碳纤维、新型玻璃、陶瓷和各种复合材料;后者是利用有限元法和优化设计等方法,通过改进汽车结构,使部件薄壁化、中空化、小型化及复合化以减小车身骨架和车身钢板的质量来达到轻量化目的。实际上两者是紧密相连的,往往采用轻量化材料结合轻量化结构设计,在性能不降低的前提下获得轿车车身的轻量化。    很多国家和汽车公司致力于轻量化材料方面的研究,以德国奥迪公司和日本本田公司为最。1991年奥迪公司展出了具有铝制车身的Spyder四驱跑车;随后不久的东京车展上,奥迪展示了一款抛光铝制车身的奥迪Avus。2002年第二代奥迪A8的全铝车身框架刚度提高60%,焊点减少40%,重量比竞争对手轻,以此带来更大的灵活性、安全性和平稳性。而本田公司在融入轻量化设计理念之后,一体式的铝车身结构重量仅有1270kg。由于受空间尺寸限制,有些材料的结构刚度会不足,一味轻量化会导致汽车振动、噪声与抗疲劳、防碰撞等方面能力的下降。结构轻量化成功的典型例子是发动机前置前轮驱动(FWD)。它使传动路线明显缩短、也不用制造后桥壳、变速器和差速器装在同一壳体中,减少的零部件可以减轻整车重量,提高汽车的加速性、制动性和燃油经济性。同时还可以增加驱动轮的附着力,这对于在湿滑路面上行驶的汽车将会有很大的帮助。    轿车车身轻量化设计中的结构优化包括:结构尺寸优化、结构形状优化和结构拓扑优化。多数集中在结构尺寸优化方面,产生的效果是被限定在布局之内。拓扑优化是在一定空间区域(骨架结构或连续体)内寻求材料最合理分布的一种优化方法。它的目标是根据一定的准则,在满足各种约束条件下,在结构上开孔、打洞,去除不必要的构件和材料,使结构在规定意义上达到最优,表现为“最大刚度”设计。由于拓扑优化设计自由度大,所以通常用于设计初期和概念设计阶段。 车架的轻量化设计    车架是汽车车身的重要组成部分,需要根据不同的材料选择合适的车架形式。下面是最常用的几种车架形式,通过分析比较,选择不同的轻