汽車主關結(jié)構(gòu)模塊的設計優(yōu)化與分析

張執(zhí) 張一

摘? ?要：社會經(jīng)濟高速發(fā)展帶動了人們生活模式的不斷完善與優(yōu)化，汽車作為人們?nèi)粘Ｉ钪凶顬橹匾拇焦ぞ咧饾u得到普及。本文分析汽車發(fā)動機、車架等汽車主關結(jié)構(gòu)模塊的構(gòu)造與特點，探究發(fā)展的新趨勢進而明確設計優(yōu)化重點，制定結(jié)構(gòu)改進的對策及手段，對于汽車行業(yè)發(fā)展來說具有重要的價值與意義。

關鍵詞：發(fā)動機? 車架? 設計優(yōu)化

中圖分類號：U467? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0100-02

汽車發(fā)動機、車架等主關結(jié)構(gòu)模塊是組成汽車的重要部件。在汽車設計過程中需要基于最優(yōu)化設計理念與計算機模擬仿真技術(shù)，應用最優(yōu)化原理與方式，通過人機搭配以及自動化設計，在計算機技術(shù)的輔助之下確定最佳的設計方案。通過最優(yōu)化設計不僅可以提升汽車發(fā)動機及車架的整體性能水平，增強汽車在高負荷條件下的使用特性，還可以降低汽車的整備質(zhì)量和成本，進而提高整車的經(jīng)濟性。

1? 汽車發(fā)動機優(yōu)化設計關鍵模塊

汽車發(fā)動機設計涉及到諸多的學科領域知識，在設計中變化條件較為復雜，會受到各種不確定性因素的影響。為了能夠更好地降低發(fā)動機油耗、減少污染，在設計中應避免過多的無用功消耗、有效控制汽車尾氣的排放，因此需要對動力傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化，在計算機輔助設計分析過程中，選擇最佳的設計參數(shù)，提升契合動力配置，達到優(yōu)化燃油利用率的目的。

發(fā)動機結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是以發(fā)動機構(gòu)造為基礎，在進行動態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中，提升發(fā)動機整體的適用性。充分利用CAD/CFD軟件的模擬仿真功能，通過邊界元法及函數(shù)優(yōu)化的方式進行處理，分析優(yōu)化發(fā)動機的連桿外廓，在可靠的有限元方法基礎上優(yōu)化較為復雜的三維連桿外形，并對發(fā)動機的曲軸結(jié)構(gòu)進行有效優(yōu)化。

在組建汽車主關結(jié)構(gòu)模塊時，需要優(yōu)化汽車發(fā)動機的燃燒過程。重點是對噴射位置、氣管以及燃燒室輪廓等幾個部位進行分析優(yōu)化。發(fā)動機燃燒噴射過程中，要通過電子技術(shù)進行管控分析，精準確定并調(diào)節(jié)燃油供應，進而綜合分析氣缸缸體內(nèi)部的運行狀態(tài)，確定燃燒室內(nèi)燃油的排布，以達到降低排放污染的效果。

2? 汽車發(fā)動機設計與優(yōu)化技術(shù)手段

2.1 發(fā)動機內(nèi)凈化技術(shù)

通過多種技術(shù)組合方式對發(fā)動機結(jié)構(gòu)設計進行分析優(yōu)化。通過電控噴射技術(shù)、廢氣循環(huán)技術(shù)、高效增壓中冷技術(shù)、多氣門技術(shù)以及廢氣旁通技術(shù)實現(xiàn)汽車發(fā)動機的技術(shù)改進。通過實現(xiàn)對噴射時間、噴射位置、區(qū)域及方式的智能化控制，提升燃油的理想霧化狀態(tài)，提高燃油熱效率，達到改善汽車動力性、降低有害物質(zhì)微粒排放的目的。

2.2 發(fā)展發(fā)動機的后處理技術(shù)

分析發(fā)動機的排放過程，改善發(fā)動機運行中的機內(nèi)凈化技術(shù)也是一項較為關鍵的工作。為此要利用廢棄后處理凈化技術(shù)對汽車發(fā)動機進行分析優(yōu)化。大力發(fā)展三元催化轉(zhuǎn)化器、微粒捕集器、氧化催化轉(zhuǎn)化器等技術(shù)手段。在不影響或降低發(fā)動機效率的同時，優(yōu)化排氣系統(tǒng)凈化裝置的安裝距離，通過物理以及化學的手段進行污染物處理。

2.3 復合動力技術(shù)的應用

在汽車保有量不斷增大的大趨勢下，要探究如何合理降低燃油消耗，減少污染物排放的技術(shù)手段。制定未來汽車的燃油消耗指標以及新型汽車發(fā)展計劃，通過柴油機復合動力技術(shù)實現(xiàn)發(fā)動機優(yōu)化，是今后汽車發(fā)動機發(fā)展的重點。

2.4 燃料電池技術(shù)的推廣

為了實現(xiàn)零排放的發(fā)展目標，采用燃料電池作為主要的動力源驅(qū)動電動機運行是今后汽車動力的發(fā)展重點。在不久的將來，燃料電池技術(shù)將會得到更大的發(fā)展。

2.5 新材料、新技術(shù)的應用

在對發(fā)動機零部件的材料及制造方法的優(yōu)化過程中，要合理應用多種新型材料，達到降低發(fā)動機自重，提高發(fā)動機強度的目的，這也是汽車發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的有效路徑。在今后的發(fā)展中，塑料油箱、塑料風扇、塑料缸蓋以及新式橡膠密封墊等新部品也會陸續(xù)被投入到發(fā)動機生產(chǎn)制造中。

2.6 CAE在汽車發(fā)動機生產(chǎn)工藝中的應用

將CAD與CAE有效融合，利用CAE分析生產(chǎn)與制造成本，完善尺寸參數(shù)設計。通過對沖壓件延展后的外形尺寸的乘積計算，分析并確定最小使用值。通過優(yōu)化軟件進行仿真模擬輔助分析，為獲得最小的成本參數(shù)，可以通過減少部品厚度，提升沖壓件設計圓角半徑等方式達到修繕邊緣位置的效果。對鈑金沖壓件及其加工工藝進行分析，因無法了解坯料外廓形狀進而分析拉延件起皺等問題，故采用CAE進行相關分析，快速查找拉延成型的因素，加快沖壓件開發(fā)進度。在計算機技術(shù)輔助支持下，利用有限元分析判斷沖壓件合格與否，分析確定沖壓工作的全過程。在汽車發(fā)動機的設計過程中，通過有限元分析可以保障沖壓件的順利成型。

2.7 優(yōu)化設計在發(fā)動機部件輕量化中的應用

現(xiàn)階段汽車發(fā)動機部件的輕量化已成為汽車技術(shù)革新的重點。發(fā)動機輕量化要根據(jù)實際狀況進行構(gòu)建分析，在運用CAE的基礎上進行校核、分析與完善，進而達到降低零件重量，提升零件強度的目的。

3? 車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計關鍵模塊

在汽車主關結(jié)構(gòu)模塊的優(yōu)化設計過程中，除汽車發(fā)動機外，車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計也十分的重要。車架是汽車受力的主體，在汽車運行過程中不僅要承受汽車自身的重量，同時也要承受各種外力。在車架結(jié)構(gòu)設計過程中，要基于縱梁結(jié)構(gòu)進行合理劃分。汽車車架可以劃分為周邊式、X型式、脊梁式，梯形式以及綜合式等不同類型。在設計過程中，除要保障車架基本的性能外，還要綜合整體配合性要求，避免形狀設計過于復雜。進行縱梁形式的翼面分析時，可以將其分為上翼面平直及上翼面彎曲兩種類型，其中上翼面平直的縱梁制造相對較為便捷;上翼面彎曲類型的縱梁位置分區(qū)段減低，底板對應高度相對較少，因此可以提升車輛的穩(wěn)定性。汽車在行駛過程中，車架會受到內(nèi)力及外力等多種因素的影響，會產(chǎn)生非水平扭動、橫向彎曲等反應，因此需要在確保車架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的前提下，提高對測量穩(wěn)定性的分析，增強路面的適應能力。在設計過程中要對設計變量進行系統(tǒng)分析，提升車架的配合性，降低車架設計過程中產(chǎn)生的不良影響。常見的車架形式主要可以分為槽型車架、矩形車架以及工字型車架。對車架進行優(yōu)化，主要是要優(yōu)選鋼界面形狀系數(shù)以及設計后會產(chǎn)生變化因素的目標函數(shù)，從而達到降低車架重量的效果。例如，通過槽型方程式的目標函數(shù)計算達到降低車架重量的目的。

4? 結(jié)語

通過探究汽車研發(fā)所涉及的主關結(jié)構(gòu)模塊，分析了汽車發(fā)動機及車架優(yōu)化設計的關鍵技術(shù)與手段。基于優(yōu)化設計理念進行分析，可以為汽車設計與優(yōu)化奠定良好的基礎，對于汽車的科學化發(fā)展具有重要的價值與意義。

參考文獻

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