曾土偉　顧成波　陳家林

【摘 要】汽車(chē)車(chē)身的輕量化設(shè)計(jì)貫穿從項(xiàng)目規(guī)劃定義、概念設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)驗(yàn)證到制造階段的設(shè)計(jì)全流程，涉及材料選擇、工藝制定及詳細(xì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等各個(gè)方面。輕量化設(shè)計(jì)流程詳細(xì)規(guī)定了各個(gè)設(shè)計(jì)階段中的工作內(nèi)容及工作職責(zé)，指導(dǎo)輕量化設(shè)計(jì)有條不紊地開(kāi)展。如何進(jìn)行同平臺(tái)不同車(chē)型輕量化目標(biāo)定義、方案制訂是一個(gè)重要的課題。因此，文章從同平臺(tái)單車(chē)型輕量化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程和同平臺(tái)雙車(chē)型耦合開(kāi)發(fā)輕量化設(shè)計(jì)流程兩個(gè)方面展開(kāi)系統(tǒng)分析。

【關(guān)鍵詞】輕量化;同平臺(tái);設(shè)計(jì)流程

【中圖分類(lèi)號(hào)】U463.82 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）08-0062-02

0 引言

汽車(chē)保有量不斷增加造成能源的大量消耗。國(guó)家信息中心信息資源開(kāi)發(fā)部主任徐長(zhǎng)明表示，目前我國(guó)石油進(jìn)口比例已達(dá)到58%，到2020年會(huì)超過(guò)70%，而每年增加的2 000萬(wàn)～3 000萬(wàn)t的石油量主要都來(lái)源于進(jìn)口。輕量化技術(shù)能夠在減重的同時(shí)減少能源消耗，并提高汽車(chē)的操作穩(wěn)定性。研究表明，汽車(chē)減重10%，運(yùn)行300 km的油耗將減少10%，并減少二氧化碳排放5%左右[1]。因此，汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)得到各大汽車(chē)廠商的廣泛重視。

汽車(chē)輕量化需要綜合考慮各方面的汽車(chē)性能，包括汽車(chē)碰撞安全、NVH性能、車(chē)身剛度性能等[2]。新型輕量化材料、先進(jìn)的車(chē)身制造工藝、對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是車(chē)身輕量化的主要途徑。其中，車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法貫穿于整個(gè)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程中。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包括靈敏度分析、拓?fù)鋬?yōu)化、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、近似模型和多目標(biāo)優(yōu)化等方面。車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)能夠在車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的驗(yàn)證與優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)成本、縮短設(shè)計(jì)周期。Pederson利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對(duì)汽車(chē)關(guān)鍵安全部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了汽車(chē)被動(dòng)安全性能[3]。Marklund和Nilsson通過(guò)搭建近似模型建立B柱碰撞性能響應(yīng)面，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得B柱減重25%，達(dá)到輕量化目的[4]。Kodiyalam等人則對(duì)汽車(chē)NVH、頂蓋抗凹、正面碰撞等多性能進(jìn)行了多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)[5-6]。

綜上所述，車(chē)身輕量化途徑多，各類(lèi)方法相互關(guān)聯(lián)。國(guó)內(nèi)輕量化的設(shè)計(jì)思路雖然逐步完善，但依然存在不少問(wèn)題，包括各區(qū)域的輕量化目標(biāo)制定缺少數(shù)據(jù)支撐，缺乏整車(chē)輕量化評(píng)價(jià)體系等。對(duì)于整車(chē)輕量化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，如何進(jìn)行同平臺(tái)的各個(gè)車(chē)型的差異化輕量化目標(biāo)定義、輕量化方案的提出和推進(jìn)，是一個(gè)重要的課題。因此，本文擬從同平臺(tái)單車(chē)型輕量化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程和同平臺(tái)雙車(chē)型耦合開(kāi)發(fā)輕量化設(shè)計(jì)流程兩個(gè)方面展開(kāi)系統(tǒng)分析。

1 同平臺(tái)化單車(chē)型開(kāi)發(fā)的輕量化設(shè)計(jì)流程

創(chuàng)新的平臺(tái)化車(chē)型輕量化設(shè)計(jì)流程，從項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就考慮平臺(tái)車(chē)型零部件共用性。①?gòu)母拍钤O(shè)計(jì)開(kāi)始介入。②考慮平臺(tái)件共用性。③減重多，輕量化程度高。④避免設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短開(kāi)發(fā)周期。平臺(tái)化車(chē)型輕量化設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

平臺(tái)化車(chē)型輕量化設(shè)計(jì)具體過(guò)程：第一步，車(chē)身概念結(jié)構(gòu)多工況拓?fù)鋵ふ易顑?yōu)上、下車(chē)體;根據(jù)最優(yōu)上、下車(chē)體應(yīng)變能，計(jì)算最優(yōu)上、下車(chē)體各自對(duì)整體性能的貢獻(xiàn)量。第二步，僅對(duì)上車(chē)體進(jìn)行輕量化，設(shè)計(jì)增加新的約束條件：優(yōu)化后的上、下車(chē)體對(duì)整體性能的貢獻(xiàn)量之比等于概念階段最優(yōu)上、下車(chē)體對(duì)整體性能的貢獻(xiàn)量之比。第三步，同時(shí)優(yōu)化上、下車(chē)體。平臺(tái)化車(chē)型輕量化設(shè)計(jì)案例如圖2所示。

2 同平臺(tái)雙車(chē)型耦合輕量化開(kāi)發(fā)流程

雙耦合平臺(tái)車(chē)型輕量化開(kāi)發(fā)流程，適合共平臺(tái)雙車(chē)型同時(shí)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)共用件數(shù)量最大化，以降低開(kāi)發(fā)成本。應(yīng)用策略包括平臺(tái)化共用件的借用或反借用，非共用件的零部件結(jié)構(gòu)特征（加強(qiáng)板布置、搭接關(guān)系，筋條、開(kāi)孔等）的參考借用，以縮短項(xiàng)目周期。同平臺(tái)雙車(chē)型耦合輕量化開(kāi)發(fā)流程如圖3所示。

此流程主要基于汽車(chē)平臺(tái)化開(kāi)發(fā)的概念設(shè)計(jì)階段，包括車(chē)型共用件、標(biāo)準(zhǔn)件的定義，并對(duì)這些結(jié)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，還需要考慮不同車(chē)型件的約束問(wèn)題及接口共用性問(wèn)題，包括結(jié)構(gòu)尺寸約束、結(jié)構(gòu)性能約束等。最后引入全參數(shù)化的設(shè)計(jì)理念，提高優(yōu)化迭代次數(shù)，縮短開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期[7]。

3 結(jié)論

本文在現(xiàn)有常用汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出了一系列更符合工程實(shí)際應(yīng)用的輕量化設(shè)計(jì)方法。針對(duì)平臺(tái)化單開(kāi)發(fā)車(chē)型，在保證上、下車(chē)體對(duì)整體框架的貢獻(xiàn)率之比最優(yōu)的基礎(chǔ)上，對(duì)上、下車(chē)體分別做輕量化設(shè)計(jì)，提出了符合現(xiàn)有車(chē)身數(shù)模數(shù)據(jù)發(fā)布流程體系的輕量化設(shè)計(jì)流程，針對(duì)平臺(tái)化雙車(chē)型開(kāi)發(fā)，充分考慮到平臺(tái)的借用件及雙車(chē)型之間的共用件的雙耦合約束，提出了借用件和共用件雙耦合約束下的輕量化設(shè)計(jì)流程。

參 考 文 獻(xiàn)

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