下载文档原格式
某商用车纯电动改装方案中车架性能分析
王源绍;唐徐平;乔克婷;许凌
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2018(047)004
【摘要】商用车车架作为汽车承载的主要结构,其刚度与强度是汽车结构设计的重点关注参数.在对传统商用车进行纯电动化改装时,必须对车架进行综合性能分析,以确保车架性能匹配纯电动商用车的需求.通过对车架三维建模,并利用HyperWorks 对车架进行结构分析以及拓扑优化设计,满载情况下模拟其弯曲、扭转工况下强度和刚度,并根据拓扑优化结果提出轻量化改进建议.通过对比相同工况下传统商用车和纯电动商用车车架的强度和刚度参数,为纯电动改装方案提供理论计算依据.【总页数】4页(P56-59)
【作者】王源绍;唐徐平;乔克婷;许凌
【作者单位】南京工业大学浦江学院,江苏南京 211134;南京工业大学浦江学院,江苏南京 211134;南京工业大学浦江学院,江苏南京 211134;南京工业大学浦江学院,江苏南京 211134
【正文语种】中文
【中图分类】U270.1
【相关文献】
1.某高端商用车车架裂纹分析与解决方案 [J], 刘威;洪恺;谢小平;袁帅
2.轻型纯电动商用车动力电池冷却性能分析 [J], 黄文雪;杜雪伟;李文
3.轻型纯电动商用车动力电池冷却性能分析 [J], 黄文雪;杜雪伟;李文;
4.一种新的商用车车架电泳涂装线方案 [J], 高军;薛浩然
5.商用车车架纵梁检测方案研究 [J], 贡博
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于灵敏度分析的载货汽车车架结构优化近年来，随着我国工业的不断发展，汽车行业发展也日益繁荣。
随着载货汽车在物流业中的不断应用，车辆的结构设计变得越来越重要。
其中，车架结构是整个车辆体系中最为基础的组成部分，对于整个车辆的稳定性和安全性产生了至关重要的影响。
因此，优化车架结构是保证车辆稳定行驶、提高经济效益的一个重要环节。
本文将着重探讨利用灵敏度分析进行载货汽车车架结构优化的相关内容。
首先，灵敏度分析是目前较为流行的一种结构优化方法，它能够有效地帮助设计师在最短的时间内找到最优的解决方案。
灵敏度分析可以实现结构设计的多目标优化，因此非常有利于设计师寻找合适的结构方案。
同时，通过对优化目标的量化和标定，可以有效地反映结构设计中每个组成部分对目标的敏感程度，为后续的结构调整提供依据。
其次，在进行载货汽车车架结构优化时，应当注意以下几个关键点：一、确定结构目标：在结构优化中，设计师首先需要确定相应的结构目标。
通常情况下，优化的结构目标包括质量、刚度、强度、稳定性等方面。
根据具体的需求，设计师可以针对性地设定不同的目标，以在实现最优结构的同时，达到其他目的。
二、建立有限元模型：在进行灵敏度分析时，设计师需要建立相应的有限元模型。
有限元模型是对载货汽车车架结构进行分析和优化的基础。
在对模型进行建立和处理时，需要考虑其准确性和合理性。
三、选择优化方法：在进行优化时，设计师需要根据具体情况选择适合的优化方法。
目前，流行的优化方法有灵敏度分析法、拓扑优化法、参数优化法等。
每一种方法都有其优缺点，设计师应当根据具体情况进行选择。
四、进行灵敏度分析：在建立好有限元模型后，设计师需要进行灵敏度分析。
灵敏度分析是一个迭代的过程，可以反复进行，以得到最优结构。
通过分析每条龙骨和连接件在结构中的贡献，设计师可以快速找出哪些部分对结果敏感，并进一步优化设计方案。
最后，对于载货汽车车架结构的优化需要充分考虑不同因素之间的相互作用。
桁架式车架灵敏度分析与结构优化刘建伟;王宇;朱云峰;杨年炯【摘要】桁架式车架在高性能车辆上被广泛使用,其刚度对车辆安全性和行驶平顺性具有重要影响.为了提高桁架式车架刚度,对其结构进行了研究与优化.首先,采用梁单元建立车架有限元模型,分析扭转刚度;然后,对管件壁厚和直径进行灵敏度分析,确定其对车架刚度和质量的影响程度,比较了不同管件的优化效率;最后,分析了不同优化效率管件在扭转工况下的受力状况,采用转化载荷与调整尺寸相结合的方法优化车架.通过与一般优化方法对比,验证了该方法的有效性与优越性.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2017(039)007【总页数】5页(P76-80)【关键词】桁架式车架;结构优化;灵敏度分析;弯矩【作者】刘建伟;王宇;朱云峰;杨年炯【作者单位】桂林电子科技大学教学实践部,桂林 541004;广西科技大学广西汽车零部件与整车技术重点实验室,柳州 545006;桂林电子科技大学教学实践部,桂林541004;桂林电子科技大学教学实践部,桂林 541004;广西科技大学广西汽车零部件与整车技术重点实验室,柳州 545006【正文语种】中文【中图分类】U463.83;TP391.9桁架式车架是由钢管焊接而成的桁架结构车架，具有质量小、刚度大等特点，在高性能车辆上被广泛使用。
车架的性能直接决定了车辆的好坏，为此众多学者对车架结构优化进行了大量研究。
曹文钢等[1]通过灵敏度分析优化了承载式车身质量和固有频率。
王书亭等[2]通过综合权重灵敏度分析提高了车架疲劳寿命。
郭福森等[3]对车架管件壁厚进行灵敏度分析，在不降低刚度的条件下，减轻了车架重量。
但上述优化方法都是根据灵敏度分析直接调整尺寸，优化范围有限。
桁架式车架由于结构特殊性，仅通过调整管件尺寸难以获得良好的优化效果。
基于此，以某小型方程式赛车桁架式车架为研究对象，进行灵敏度分析与结构优化。
首先，通过刚度分析获得车架刚度参数；然后，通过灵敏度分析得出各管件对刚度、质量的影响程度，确定不同管件的优化效率；最后，分析扭转工况下不同优化效率管件的正应力与弯曲应力，采用转化载荷与调整尺寸相结合的方法进行优化。
某商用车发动机前悬支架的优化设计作者：徐晴朗徐斌陈作开来源：《科学与财富》2016年第24期摘要：本文应用Altair公司的有限元软件Optistruct，对某商用车的发动机前悬支架进行了强度分析，并找出了发动机前悬支架路试断裂的原因，据此对其结构进行了优化改进设计，取得了良好的效果。
关键词：Optistruct；发动机前悬支架；断裂；优化1概述随着仿真技术的飞速发展，有限元分析已经成为汽车产品仿真分析的关键手段。
而汽车结构强度分析，优化设计是汽车产品仿真分析最重要的应用领域之一。
通过应用有限元分析，在产品设计前期充分利用有限元分析软件快速有效地模拟产品在各种工况下的状态，帮助汽车工程师及时地进行结构优化。
本文以某商用车的发动机前悬支架为分析对象，利用Altair公司的HyperMesh建立准确合理的有限元模型，利用Optistruct进行结构强度分析及优化设计，利用HyperView进行结果后处理得到结构的应力、变形云图，找出失效原因，并在此基础上提出了优化设计方案，进行了针对性的结构改进，结构改进后经过道路试验验证，优化方案效果良好。
2发动机前悬支架断裂问题描述某款商用车在可靠性道路试验完成总里程（10000Km）的40%时，检查发现发动机前悬支架出现断裂失效，断裂失效的图片如图1所示（断裂点为支架与发动机支撑圆管横梁连接处，已临时焊加固板）。
断裂原因初步认为是发动机前悬支架通过焊接与发动机左右前悬连为一体，又通过发动机软垫与发动机间接连接，发动机本体的抖动会有很大一部分通过软垫传递给支架，且在起伏路面颠簸给予此处更大的振动，导致疲劳开裂。
本文对该问题进行CAE强度分析及结构优化改进。
3强度分析3.1整体结构分析该发动机前悬总成用于SOFIM112E4国四液制动发动机车型，发动机最大净功率为90kW，最大扭矩为320Nm，整机质量约260kg，相关振动、噪声试验已在台架上验证合格。
发动机前悬采用“V”型托举方式，发动机通过软垫用螺栓与左右前悬置固定在一起，具体结构见图2。
基于某空气悬架商用车车架强度分析及优化荣绪坤王利娟发布时间：2021-08-27T00:15:52.003Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期作者：荣绪坤王利娟[导读] 从车架和悬架两个方向优化结构设计，优化后，各个工况下应力水平均保持在强度要求范围内。
东风柳州汽车有限公司研究院摘要“本文将分析某空气悬架商用车车架纵梁开裂故障模式，并运用Hypermesh仿真软件将载荷分解结果加在某空气悬架商用车有限元模型的相应接付点上，分析满载状态下，车架在静置、扭转、制动、转向工况下的强度。
从车架和悬架两个方向优化结构设计，优化后，各个工况下应力水平均保持在强度要求范围内。
关键词：空气悬架；危险品运输车；车架纵梁；强度分析；结构优化Strength Analysis and Optimization of frame rail for Dangerous Stuff Transport VehicleRongXukun，Wang LijuanDongfeng Liuzhou Auto R&D Center，Dongfeng Liuzhou Automobile Co.，Ltd.Abstract：In this paper，引言根据法规《GB 7258 机动车运行安全技术条件(WTO)》要求，总质量大于等于12吨的危险货物运输货车的后轴，所有危险货物运输半挂车，以及三轴栏板式、仓栅式半挂车应装备空气悬架，为满足法规及市场需求，新开发后空悬危险品车，因后空悬结构复杂，受力分析难度大，在试验过程中，危险品车出现车架纵梁腹面开裂故障，为提升车架强度，保证产品及时投放市场，需对车架开裂部位进行结构优化，开发出满足用户需求的产品。
1故障描述与确认在可靠性试验过程中，强化坏路里程至2152km时，车架右纵梁与推力杆支座连接螺栓处出现开裂现象。
裂纹长度大约在70mm，如图1所示。
发生开裂故障的车架结构如图2所示。
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》篇一一、引言随着汽车行业的不断发展，车辆的性能、舒适性和安全性逐渐成为了消费者购车时的重要考量因素。
作为汽车底盘系统的重要组成部分，前悬架控制臂的设计与制造对汽车的操控性能、稳定性和行驶安全性起着至关重要的作用。
本文将对某型汽车的前悬架控制臂的结构进行深入分析，并提出相应的优化方案。
二、某型汽车前悬架控制臂的结构分析某型汽车的前悬架控制臂主要采用铸铁材料，通过锻造和机械加工而成。
其结构主要包括连接部分、支撑部分和安装部分。
连接部分负责将控制臂与转向节和减震器连接；支撑部分则负责支撑车身并传递路面反馈；安装部分则用于固定控制臂在车身上的位置。
此外，为满足各种行驶需求，前悬架控制臂在设计上还需考虑到多角度的弯折和扭力承受能力。
三、当前结构存在的问题虽然某型汽车的前悬架控制臂在常规使用条件下表现出色，但在长期使用和高强度驾驶环境中仍存在一定的问题。
如，某些部位易发生疲劳裂纹，影响行车安全；控制臂重量较大，导致整车重量增加，影响燃油经济性；某些结构细节的设计不够合理，可能导致车辆操控性能和稳定性的降低。
四、结构优化方案针对上述问题，我们提出以下结构优化方案：1. 材料优化：采用轻质材料替代铸铁，如铝合金或高强度钢材，以降低控制臂的重量，提高燃油经济性。
2. 结构改进：在易发生疲劳裂纹的部位增加加强筋或改变结构形式，以提高其抗疲劳性能和强度。
同时，对安装部分和支撑部分进行优化设计，以提高车辆操控性能和稳定性。
3. 细节优化：对控制臂的细节设计进行优化，如优化连接部分的形状和尺寸，使其更符合力学原理，提高其传递力和扭矩的效率。
五、结论通过对某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化，我们找到了其存在的问题并提出了相应的解决方案。
这些优化措施不仅有助于提高车辆的操控性能、稳定性和安全性，还能降低整车重量，提高燃油经济性。
未来，我们将继续深入研究汽车底盘系统，为消费者提供更加优质、高效的汽车产品。
车辆架构刚度分析及优化设计研究车辆架构的刚度是车辆的重要机械性能之一，它决定了车辆运动性能和操控性能的稳定性和可靠性。
因此，车辆架构刚度的分析和优化设计对于提高车辆的运动性能和安全性具有重要意义。
本文将探讨车辆架构刚度分析及优化设计的相关研究。
一、车辆架构刚度分析的方法在车辆工程中，车辆架构的刚度通常采用挠曲刚度和扭曲刚度两种方法进行评估。
挠曲刚度是指车辆在行驶过程中发生弯曲的能力，而扭曲刚度是指车辆在横向受力时的扭转能力。
挠曲刚度和扭曲刚度的评估方法各不相同，下面将分别介绍。
1. 挠曲刚度分析方法挠曲刚度的分析通常采用有限元分析方法。
有限元分析是一种数值计算方法，可以模拟车辆在行驶过程中的挠曲情况。
在有限元分析中，车架被视为由许多小部件组成的复杂结构，每个小部件都可以表示为一个有限元。
通过对每个有限元的应力和应变进行分析，可以计算出车架的挠曲刚度。
2. 扭曲刚度分析方法扭曲刚度的分析可以通过试验和数值模拟两种方法进行。
试验方法是通过悬挂车辆，在不同的情况下测量车架的扭转量，来计算扭曲刚度。
数值模拟方法通常采用有限元模拟方法进行。
在有限元模拟中，将车架细分成许多小部件，并考虑车架的材料和结构，在横向受到一定载荷时，计算每个小部件的应力和应变，进而计算出车架的扭曲刚度。
二、车辆架构优化设计的方法车辆架构优化设计是通过调整车架的结构和材料，使得车架的刚度和强度在满足需求的前提下最小化，以达到较佳的性能和安全性能。
下面将介绍几种通用的车辆架构优化设计方法。
1. 材料优化材料优化是通过优化车架材料的选择和组合，来提高车架的刚度和强度。
材料的选择和组合应该根据车架受力的情况来设计，以最大程度地提高车架的性能和安全性。
例如，在一些高性能车辆中，使用了高硬度、高强度的碳纤维材料，以提高车辆的刚度和强度。
2. 结构优化结构优化是通过调整车架的结构，以达到最优化的效果。
例如，在一些高端车辆中，为了提高车辆的稳定性和悬挂系统的适应性，使用了双横臂式悬挂系统，这可以大大提高车辆的操控性和稳定性。
基于灵敏度分析提升某重型牵引车车架刚度的研究周友明（东风柳州汽车有司，广西柳州545005）摘要：为研究某重型牵引车车架扭转刚度提升措施,通过在Hyperworks软件中建立了车架刚度有限元模型，给出了采用Optistruct进行灵敏度计算的方法。
灵敏度计算以车架纵梁、横梁和连接板厚度为设计变量，扭转刚度、弯曲刚度为约束，质量最小为目标，寻找单位质量灵敏度。
对比分析结果表明，该方法可以快速找到影响车架刚度的零件，能以最小代价提高车架刚度。
关键词：重型牵引车；车架刚度;灵敏度;有限元分析中图分类号：U463.32文献标识码:A 0引言重型商用车车架一般是梯形结构，由两根纵梁和多根横梁组成,是整车的安装基体。
车架结构除应满足整车总体布置的要求外，还应有足够的强度、刚度。
其强度、刚度直接影响整车的舒适性、操作稳定性等性能。
随着汽车轻量化的推进，通过优化设计改善车架刚度尤为重要。
由于车架纵梁、横梁结构形式、连接方式多种多样，计车架刚度叫车架为板冲压成型的结构，平时为提强度、刚度一般也用改度,能够要度的，方量提。
有方是用有量的作用的，进求。
度是通过一的化应结的影响的度。
为提重型车车架刚度，用Hyperworks车架有型，立刚度计和度型，用Optistruct求解其结构进行刚度优化设计。
1车架刚度及灵敏度分析原理1.1车架扭转刚度车架刚度是车过平整车架的能，车架一定角度的量车架刚度叫式如下：文章编号：1672-545X（2020）03-0191-04!=#⑴式T为，N-m;!为扭转角度,单位: rad;%为扭转刚度，单位:N・m/rad。
1.2车架弯曲刚度车架刚度是车时车架形的能，一定作用的车架的形量车架刚度。
式：!'⑵式中:!为冈IJ度，kN/mm;F为集中力，单位:kN;"为度，mm。
1.3灵敏度分析原理1.3.1设计度设计度是设计响应优化量的$3&。
由式（1）、（2，车架刚度点成正，车架刚度移成反，刚度、弯曲刚度度化为观点、位移度表示。
- 1 -Hyper morph 工具在某型卡车车架扭转刚度优化设计中的应用陈启亮 王朋波 高岩长安汽车北京研究院，北京 100081摘要：本文采用有限元法对一款冲压铆接车架进行扭转刚度仿真分析和优化。
采用刚性单元和梁单元的组合来模拟铆钉连接，能提供较高的计算精度。
扭转刚度分析结果表明该车架的扭转刚度较低，可优化横梁的布置位置提升车架的扭转刚度。
因此在本文还利用网格变形技术对车架横梁的位置进行优化设计，使车架的扭转刚度有一定的提升。
关键词：车架；有限元；扭转刚度；结构优化0 引言在卡车设计中，车架是发动机、底盘、车身、货箱及其它总成的安装基础和关键承载部件[1]。
实际行驶过程中，车架受动载荷作用产生振动，会加速某些汽车构件的损坏，增加环境噪声，另一方面还会加速驾驶员的疲劳。
通过扭转刚度分析，并与市场上性能口碑较好的车架进行对标，使设计的车架具有较好的刚度性能。
本文以某款车架为研究对象，建立以壳单元为基本单元的有限元分析模型，采用Nastran 软件分析了该车架的扭转刚度，与参考车架的扭转刚度进行对标。
本文还利用网格变形技术，以车架扭转刚度为优化目标，以横梁的位置为设计变量，对车架进行结构优化，使车架扭转刚度有一定地提升。
1 车架结构特征和建模方式本文所研究的车架为边梁式冲压铆接车架，两侧为两条纵梁，中间有若干条横梁，横梁与纵梁之间用连接板过渡。
纵梁、连接板、横梁均采用铆钉连接。
车架结构如图1所示。
图1 车架结构示意图Fig.1 Sketch of the frame structure建立车架有限元模型时，纵梁、横梁、连接板等钣金件用板壳单元模拟，以四边形壳单元为主，含少量三角形单元；附属在车架上的铸造件因形状复杂，用六面体单元建模有困难，故用四面体实体单元模拟，为提高仿真精度，选用二阶单元。
铆钉连接采用将两个铆钉孔简化为孔中心的两个节点，然后将两中心节点用刚性单元或梁单元连接的建模方式。
本文针对铆钉建模时，用刚性单元（RBE2）将铆钉孔中心点与孔边节点连接（Spider式），然后用梁单元(Cbar)连接上下铆钉孔的中心点。
基于灵敏度分析的商用车车架轻量化设计王金员;顾长志【摘要】运用HyperMesh软件建立某商用车车架的有限元模型,通过模态分析得到车架的动态特性,并结合模态试验验证了有限元模型的准确性.在此基础上对车架进行了弯曲刚度和扭转刚度分析.对车架部件进行了质量灵敏度、1阶固有频率灵敏度和柔度灵敏度分析,基于相对灵敏度分析结果确定车架的设计变量,以车架总质量最小化为目标,以车架1阶固有频率、弯曲刚度和扭转刚度不下降为约束条件,建立车架尺寸优化模型.优化结果表明:优化后的车架总质量减轻6.14％,同时第1阶固有频率提高6.09％,弯曲刚度提升1.21％,扭转刚度提升0.58％,验证了该车架轻量化思路的可行性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)016【总页数】4页(P85-88)【关键词】车架;刚度分析;模态分析;灵敏度分析;优化设计【作者】王金员;顾长志【作者单位】东风汽车股份有限公司新能源事业部,湖北武汉 430056;东风汽车股份有限公司新能源事业部,湖北武汉 430056【正文语种】中文【中图分类】U463.8车架作为轻型商用车主要的承载部件和其他零件的装配载体，支撑着汽车各个子系统，并将发动机和车身等部件连成一个整体。
车架在车辆行驶的过程中要承受各种弯扭载荷的作用，同时还要受到来自不平度路面、行驶速度和方向改变而产生的外部激励，以及动力传动系统等产生的内部激励。
因此，车架的刚度和模态性能直接影响整车性能的优劣。
轻型商用车作为载货运输工具，车架应该具有足够的弯扭刚度承载货物和抵抗各种冲击，模态性能则要求固有频率需避开路面和发动机激振频率范围[1-2]。
在倡导“节能减排”的大环境下，车架轻量化设计成为企业研究重点方向。
本文以国内某轻型商用车车架为研究对象，建立车架有限元分析模型，并对比分析模态试验和有限元分析结果，在验证了有限元模型准确性的基础上，再基于灵敏度分析方法，在保证车架刚度和模态性能的前提下，通过对车架各个部件板厚进行尺寸优化分析，实现车架的轻量化设计。
10.16638/ki.1671-7988.2020.16.033基于CAE 商用车车架弯曲刚度的提升陈海彬（湖南智点智能新能源汽车有限公司，湖南株洲412007）摘要：文章利用有限元分析软件Msc.nastran对商用车车架弯曲刚度进行了反复的模拟计算，针对分析结果的不足提出进一步的设计优化方案；为车架优化的设计提供方向。
关键词：商用车；弯曲刚度；模拟计算中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)16-99-03To Improve Bending Stiffness of Vehicle Frame by CAEChen Haibin( Hunan Zhidain Intelligent New Enery Vehicle Co. Ltd, Hunan Zhuzhou 412007 )Abstract: The Article Simulated the bending stiffness of commercial vehicle frame repeatedly by MSC nastran. And then optimized structure to meet the target. So proposals will be adopted by product engineer.Keywords: Commercial vehicles; Bending stiffness; Simulation calculationCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)16-99-031 前言随着全球经济化发展.环保.节能及被动安全性等问题的提出，在汽车新车型的开发过程中对车身的结构性能要求越来越高，而车架作为商用车的主要承载系统，其弯曲刚度是其开发过程中首要考虑的重要指标。
重卡悬架刚度优化研究重卡悬架是重型车辆的核心部件之一，直接关系到驾驶舒适性、运行稳定性和安全性等多方面因素。
在过去的几十年里，重卡悬架的设计和制造一直处于不断进化的状态，尤其是近年来，随着工业技术的不断提升和市场竞争的日益激烈，怎样改善重卡悬架的质量和性能，已经成为制造商们必须面对的重要问题之一。
其中，就有一个重要方面是悬架刚度的优化研究。
一、重卡悬架刚度的定义和意义悬架刚度（suspension stiffness）是指悬架在承受负荷时所表现出来的抗弯刚度和纵向刚度，通俗来讲，就是悬架能否在运行时承受重量并保持车身平稳的能力。
对于重卡来说，其载重量巨大，所受力的大小也相应增加，这就要求重卡悬架刚度必须足够强大，才能保证车辆不会出现过度垂度或过度反弹等异常变形，同时还能保障驾驶员和乘客的舒适性和安全。
因此，对于重卡悬架的优化研究来说，悬架刚度是其中重要的内容之一，它可以直接影响到车辆的性能指标和客户的购买决策。
二、重卡悬架刚度的优化方法1.材料选择和制造工艺的优化材料选择和制造工艺是影响悬架刚度的技术因素之一。
一般而言，采用高强度和耐磨损的材料，如钢材、铸铁、铝合金等，可以增强悬架的刚度和稳定性。
另外，通过改进制造工艺，例如增加生产温度和压力、采用无缝管钢一体成型等，也能提高悬架的整体强度和刚度。
2.减重和降低车身中心的重心一般而言，重卡所承受的重量远大于普通轿车，这也代表着悬架要支撑的负荷更为巨大。
为了保证悬架的刚度，制造商们常常采用增加质量的方式来解决问题，然而这也加重了其能耗和制造成本。
因此，减少车身重量和降低车身重心是优化悬架刚度的另一种方法。
一些车辆制造商正在积极探索使用轻量化材料，如碳纤维、玻璃纤维等，来实现减轻车身重量的目标。
同时，降低车身中心的重心也可以显著提高悬架在行进过程中的稳定性和刚度。
3.改进悬架的结构和设计另外，改进悬架的结构和设计也是优化悬架刚度的有效手段之一。
这包括了悬架各个组件的尺寸、布局和连接方式等方面。
汽车结构刚度优化研究及其在车辆动态性能上的应用汽车是人类交通工具的重要组成部分之一，不仅是人们生活中不可或缺的工具，而且也是工业化发展的标志之一。
随着汽车制造技术的进步和用户对汽车品质要求的提高，汽车结构刚度优化逐渐成为汽车制造领域的重要研究方向。
本篇文章将会就汽车结构刚度优化研究及其在车辆动态性能上的应用进行探讨。
一、汽车结构刚度的定义和重要性汽车结构刚度是指汽车在静态和动态状态下对外部载荷的抵抗能力，准确来说是汽车各组成部分在装配后及时运转时相互间的作用能力。
它是一种描述汽车结构刚性的定量指标，通常用扭矩刚度和弯曲刚度等来表示。
汽车结构刚度的重要性在于它直接影响汽车行驶稳定性和安全性。
如果结构刚度太低，汽车就很容易发生崩塌、开裂和变形等情况，对乘员安全造成威胁；而如果结构刚度过高，将会增加汽车的自重和空气阻力，降低了汽车的加速性能和燃油经济性。
因此，保持合适的结构刚度对于汽车性能和使用寿命都有着至关重要的作用。
二、汽车结构刚度的优化研究为了提高汽车的结构刚度，许多研究人员都致力于汽车结构刚度的优化研究。
汽车结构的优化设计通常是将不同的工程设计阶段进行有机的结合，以达到合理配置各种因素使汽车结构在保持足够刚度的情况下尽可能减少其自重和空气阻力，从而实现优化设计目标。
在汽车结构刚度的优化研究中，有一些研究工具和方法是被广泛使用的。
其中，有限元分析是一种有效的方法，可以通过对汽车结构进行数值模拟，分析其在外部载荷作用下的应力和变形情况。
同时，最优化设计方法也能运用于汽车结构刚度的优化设计，通过优化设计参数的选择，实现汽车结构最佳设计。
三、汽车结构刚度的在车辆动态性能上的应用汽车结构刚度的优化设计不仅仅只是关注结构刚度本身，还关注它对车辆动态性能和操纵性的影响。
下面，我们将具体阐述汽车结构刚度在车辆动态性能上的应用。
3.1 车辆稳定性车辆稳定性是指汽车在运动中的平稳性和抗侧翻性，是保证行车安全的重要指标之一。
基于刚度分析的某商用车车架结构优化任明;孙涛;石永金;郑松林【摘要】Stiffness is the fundamental property of vehicle frame, which directly affect the passive safety performance, NVH performance, comfort, etc.In the process of the development of a commercial vehicle frame, the structure optimization of frame mainly focuses on the rigidity of the frame. The CATIA model of the vehicle frame is built and stiffness is analyzed by Hypermesh. According to the SOR (statement of requirement) of frame , the parts which doesn't meet the requirement were found out. Then optimization on the parts was conducted and verified by the stiffness test until they meet the requirement. The results show that the error between optimization of the frame and test results is less than 10%, reaches the frame stiffness requirements.%刚度作为车架最基本的特性,其不足会直接影响非承载式车身的被动安全性能、NVH性能、舒适性能等,因此在某商用车车架的开发过程中,主要针对刚度对车架进行结构优化.首先进行CATIA建模,并运用Hypermesh对车架进行刚度分析,根据车架设计规范,排查出不符合刚度要求的部件.结构优化使之满足设计规范要求后,对优化后的车架再次进行有限元分析,并在车架上安装传感器进行台架试验.结果表明,优化后的车架仿真、试验结果误差不超过10%,达到了车架刚度要求,验证了其准确性.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】4页(P5-8)【关键词】安全性;车架;非承载式车身;刚度分析;台架试验【作者】任明;孙涛;石永金;郑松林【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海 200093;机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室,上海 200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093;机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室,上海200093;上海汽车股份有限公司商用车技术中心,上海 200432;上海理工大学机械工程学院,上海 200093;机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH16车架开发在整车开发中一直占据着重要位置，如何能快速的设计出满足安全性、操纵性、舒适性等各项性能的车架一直是国内外重要的研究课题。
此商用车采用非承载式车身，车架承载着包括车身、发动机在内的大量载荷，因此在车架的设计过程中，需要保证其刚强度以防止车架变形和断裂，按刚度设计的车架其强度或耐久性有较大的裕度而按强度设计的车架则显得相当柔软，即以满足刚度准则的要求来确定结构时，可同时满足强度准则[1]。
传统的设计以理论计算和长期设计实践来确定车架的结构，刚强度等一些特性只能在试验台上进行试验获得，循环周期长，成本高。
随着有限元技术的发展，车架设计的现代化程度也愈来愈高。
文献[2]运用有限元分析软件建立车架结构的有限元模型，并结合结构可靠性设计方法对车架进行结构分析，提高了设计水平和车辆的可靠性，证明了有限元法用于结构优化的有效性。
文献[3]进行了非承载式车身对整车刚度的研究，研究表明车架对整车扭转刚度的贡献为30%，对整车弯曲刚度的贡献率为54.7%，故车架刚度对于整车刚度具有重要意义。
将运用有限元法和试验相结合的方法对车架进行刚度分析。
对于车辆来说弯曲和扭转载荷是车架在使用过程中最常见的载荷工况，对车辆车寿命影响也最大，因此在扭转和弯曲工况下对车架进行刚度分析，对未满足要求的部分进行结构优化，并进行试验验证。
2.1 弯曲刚度理论车架的弯曲刚度是指为使汽车车架产生单位挠度所需的载荷，或载荷与所引起的车架最大挠度值之比。
用产生节位位移挠度时所需的载倚来衡量车架的刚度，由于该研究旨在对比试验和有限元分析结果，因此以施加的载荷与挠度之比作为车架的弯曲式中：k—弯曲刚度，单位（N/mm）；l—加载点发生的位移，单位（mm）。
2.2 扭转刚度理论扭转刚度的大小用来表示车架在凹凸不平路面上抵抗对扭转变形的能力，当车身上作用有反对称垂直载荷时，结构处于扭转工况，使车架产生扭转变形。
扭转刚度可以作为判断这个变形程度的值。
可以假定车身是一个具有均匀扭转刚度的杆体，车身平均扭转刚度的计算公式为：式中：GJ—扭转刚度，单位为N·mm/rad；l—两受力点间的距离，此模型为800mm。
3.1 建立3D模型用3D软件CATIA对车架进行三维建模模型，如图1所示。
3.2 有限元模型建立3.2.1 几何处理及划分网格首先把CATIA模型导入Hypermesh软件中，导入模型时，有时存在缝隙、重叠、错位等缺陷，边界错位经常引起网格扭曲，导致单元质量不高，求解精度差[5]。
因此，应先对模型进行几何清理，以免影响精确度。
完成几何清理后，对模型进行网格划分。
汽车车架的纵梁、横梁一般是钢板冲压件，所以材料用壳单元代替。
网格质量是指网格几何形状的合理性，其质量的好坏将影响计算精度，质量太差的网格甚至会中止计算[5]。
评价有限元模型网格质量好坏的一般准则，即网格大小、翘曲度、长宽比和锥形度等都要控制在一定的范围之内，对于面单元还必须严格控制三角形单元的比例。
考虑横梁纵梁材料一般为钣金件，大部分厚度低于4mm，所以用四边形及三角形壳单元划分网格，三角形壳单元控制在6%以内，网格大小为7mm，能够满足刚度分析的要求。
3.2.2 建立连接关系纵、横梁极其连接板间有大量的螺栓及铆钉连接，这些连接采用RBE2+CBAEM单元连接[6]。
具体连接方式，如图2所示。
3.2.3 设置边界条件与施加载荷弯曲工况：在进行车架弯曲刚度有限元分析时，约束左右两前悬架支座中心点3个平动自由度Ux、Uy、Uz，释放前悬支架的三个转动自由度ROTX、ROTY、ROTZ，约束后弹簧座中心点一个平动自由度Uz，释放其他自由度。
将载荷简化为在车架左右纵粱上前后车轮中心点施加铅垂方向的集中力，大小为1kN，方向相同。
车架弯曲刚度有限元分析模型，如图3所示。
在进行车架扭转刚度有限元分析时，约束前保中心点1个平动自由度Uz，释放前保其余自由度。
约束后左弹簧座中心点Ux，Uz方向自由度，释放其余自由度，约束后右弹簧座中心点Ux，Uy，Uz三个方向自由度，释放其余自由度。
在前减振器座中心点出施加图示力矩，大小为1kN，方向相反。
车架扭转刚度有限元分析模型，如图4所示。
3.3 结果分析将模型导入线性求解器Optistruct计算结果，输出的应变云图，如图5、图6所示。
由有限元结果知，最恶劣工况是弯曲工况时，由应变分布云图读出该工况下的加载点的位移为0.592mm，计算弯曲刚度为1690N/mm，远远低于车架刚度的规范要求，且第一、二纵梁附近应变集中现象非常严重，第一、三、四横梁和第一车身悬置也存在应变集中，刚度不足的情况。
分析应变云图，在左减振器座力矩加载点的位移为2.812mm，右减振器座的为2.793mm，计算扭转刚度为1951N·m m/rad，未达到规范要求。
从图形上可以看出，左右纵梁前端变形量较大，向后变形逐渐减小，属危险情况，应采取相应措施。
4.1 车架优化目标与方案由分析可知，第一、二纵梁变形较大，危险系数高，应着重考虑厚度及材料，可加加强板及增加壁厚，同时整个车架应力分布也不会改变；前四横梁变形较大，结构突变明显，在结构方面做些许改动；纵横梁之间变形明显，考虑焊接位置及面积来达到要求。
结合分析结果与优化目标具体做出以下三个方面的优化：（1）增加纵梁的刚度，为确保车架的装配性能，在保持车架结构形状及连接位置不变的情况下，将厚度从之前的2.6mm提高到3.0mm，并在纵梁上添加加强板，以增加局部刚度，如图7所示。
（2）增加纵梁与横梁的连接刚度。
由于纵梁与横梁连接附近受力较大，应变明显，因为纵横梁之间仅有焊缝连接，所以应该增大焊缝连接的范围，故增加横梁与纵梁连接处部件连接的面积或添加加强板以防因结构上的改变而产生影响，如图8、图9所示。
（3）消除载荷传递路径上的结构突变，避免结构应变集中。
考虑到在扭转工况中，前副车架的位移比较大，弯曲工况时第三横梁位移比较大，所以为了进一步提高其扭转刚度，在第二第三横梁之间添加支架，在第一纵梁与第三横梁之间添加支架，以此来增加局部刚度，如图10所示。
4.2 优化车架仿真分析将优化后的模型重新划分网格，采用同优化前相通的有限元建模方法设置边界条件、施加载荷，分析得到的应变云图，如图11、图12所示。
分析结果可得，在弯曲工况下，加载点的位移为0.406mm，计算弯曲刚度为2463N/mm，比优化前的弯曲刚度增加了45%，且达到规范要求。
在扭转工况下，左减振器座力矩加载点的位移为2.172mm，右减振器座的为2.153mm，计算扭转刚度为2588N·mm/rad，比优化前的扭转刚度增加了32%，达到车架的刚度要求。
为验证优化后的车架是否真正满足要求，对优化后的车架进行刚度台架试验，通过对比优化后的仿真数据和试验结果来验证优化的有效性。
为避免实验数据的离散性对结果的影响，对车架进行两次刚度台架试验。
5.1 试验背景优化后的车架需要通过道路试验和台架试验进行验证，保证其能够达到相应的设计要求。
整车试验要求场地要求过高，需要的时间较长，浪费人力物力。
与之相比，利用台架试验方法检验车架不仅可以缩短开发和试制的验证时间，而且节约成本，为新型车架的研制和改进提供了科学的有效途径[7]。
5.2 试验准备5.2.1 实验仪器设备试验装置包括：弯曲－扭转刚度测量试验台、位移传感器、位移传送器、应变仪、百分表、荷重传感器、试验数据处理计算机系统等，如图13所示。
5.2.2 测点布置试验前根据有限元计算结果，同时考虑到实际情况，将测点抽置在结构上应力和变形比较大的的位置。
