淺析輕型載貨汽車車架開發及優化設計

陳芳芳

摘? 要：本文主要針對輕型載貨汽車車架開發及優化設計展開深入研究，先闡述了車架總成結構設計的一般步驟方法，包括開發設計輸入條件、確定車架總成的寬度、長度及及斷面寬度尺寸、選擇車架的結構形式、以及校核車架強度剛度等。另外，針對行業內近幾年提出的超載，藍牌等現象，輕型載貨汽車輕量化是未來的發展趨勢，而車架作為整車的核心零部件，其重量占比整車重量約8%，因此提出了車架輕量化的設計理念，進而引入輕型載貨汽車車架優化設計思路。

（1）

式中：σmax—簡支梁的最大彎曲正應力

M—集中載荷、等分布載荷產生的彎矩總和

—截面對Z軸的慣性矩

公式（1）中，比值/僅與截面的形狀與尺寸有關，稱為抗彎截面系數，并用表示，即：

HyperWorks作為Altair公司工程仿真軟件，包含了前、后處理、有限元求解器以及結構優化工具等多個功能模塊，其前處理器HyperMesh可讓用戶在高度交互及可視化的環境下進行仿真工作，通過高性能的有限元建模縮短工程分析周期及提高仿真精度^[2]。為以后的優化設計及改進提供理論支持。

應力測試可視情況而定，基本型平臺開發一般都要進行應力測試，尤其對不確定的薄弱點進行辨識。

（五）車架剛度校核

車架除了破壞和疲勞問題外，還有剛度問題，若車架剛度不足而使撓度過大，那么即使從強度上是安全的，那么也會產生各種不合適的情況。因此，除強度以外，一般必須控制撓度不超過某一特定限度。撓度取多大為好，并沒有普遍的規則。但一般認為撓度和間距比δ/l控制在0.05左右為妥。

二、車架輕量化設計

（一）輕量化設計思路

近年來，人們對環境保護的日益重視，以及對能源短缺的擔憂等，各汽車廠紛紛提出環保節能技術的應用，汽車輕量化是其中重要技術之一。車架作為整車核心零部件，研究表明，車架總成降重10%，整車質量可降低0.8%，燃油效率可提高0.6%-0.8%，可見，車架輕量化技術應用前景可觀。

目前市場上車架均以加大斷面系數，材質升級、料厚減薄來實現輕量化。利用市場研發經驗，有限元分析方法以及應力測試技術，對車架進行更加精準的強度及剛度分析，去除車架強度冗余的結構，比如用局部加強板取代整體加固板、橫梁增加減重孔，以保證關鍵受力點的強度及剛度。進而達到降低汽車產品自身重量目的。

隨著材料成型工藝不斷發展，對車架上的鑄件支架進行結構輕量化設計，甚至用沖壓件代替鑄件支架。對于一些受力較小的部件，可運用新型復合材料取代金屬材料。

結束語：

總而言之，車架作為整車的核心零部件，其設計不僅要滿足傳統的承載安全性能，而且還要做到低成本、且具備搭載先進性能低排放發動機潛力。通過對整車需求逐級分解至車架開發輸入條件，根據輸入條件確定車架寬度、長度及斷面寬度尺寸。為開發更好地產品，在車架開發設計過程中，需要融入輕量化設計思想，同時考慮零部件的通用性，平臺化。運用先進的分析手段，精準分析車架強度及剛度，關鍵部位加強，其他部位不冗余。達到確保性能安全的同時，最大限度減輕車輛重量。

參考文獻：[1]徐論意. 輕型載貨汽車車架開發及優化設計[D].合肥工業大學，2021.