中型客车车架结构拓扑优化设计

客车车架结构的优化设计1、选题目的：车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机、地盘和车身等总成连成一个有机的整体，即将各总成组成为一辆完整的汽车。

同时，车架还承受各种静载荷和动载荷。

作为汽车重要组成部分的车架则是汽车的“骨骼”，是汽车所有总成零部件“生存”的载体。

车架受力复杂，通过行走系和车身的力都作用于车架上，车架结构的好坏及载荷分配是否合理是汽车设计成功与否的关键之一。

设计合理的车架结构对汽车有着十分重要的意义。

特别对客车底盘，在设计过程中不但要考虑各总成零部件的合理布置以及其方便维修性、可靠性和工艺性，还要充分考虑最大限度地满足车身对底盘的特殊要求，如纵梁的结构、横梁和外支架（牛腿）的位置及连接方式、行李箱大小、地板高度和通道宽度、驾驶区及座椅布置、车门数量和位置等。

对同样型号的客车底盘，不同的用户对车架的要求不尽相同，甚至有较大的差异。

2、研究意义：现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架，其功用是支撑链接汽车的各零件部件，并承载来自车内外的各种载荷。

车价是整个汽车的基础，汽车绝大多数不见和总成都是通过车架来固定其未知的。

车架的结构形式首先应满足汽车总体布置要求。

当汽车在复杂的行驶过程中，固定在车架上各总成和部件之间不应该发生干涉，当汽车在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷作用下可能产生扭转变形及在纵向平面内的弯曲变形，当一边车轮遇到障碍时，还可能使整个车架变成菱形。

因此，车架还应具有足够的强度和适当的刚度，同时还要求其质量尽可能的小，车架应布置的离地面近些等。

因而，如何判断车架结构的合理性及静动态特性的优劣，并对车架结构设计进行优化，是一项十分重要的工作。

客车车架的结构复杂，用经典力学方法不可能得到精确解。

特别是在设计的初期，因无法实测数据，只能依靠经验和类比设计，因而缺乏建立在力学分析基础上的科学依据。

客车车架的设计与制造是开发新车型最重要的组成部分。

由于受各种条件的限制，目前我国基本上还在沿用传统的手工计算方法和连接时的设计与制造过程。

客车车身骨架结构优化设计与先进技术应用发布时间：2021-09-14T06:44:01.537Z 来源：《科学与技术》2021年第14期5月作者：龙宪阁[导读] 随着我国与出行安全相关的法律法规越来越完善，乘用车的整体设计越来越受到重视。

优化车身框架结构设计方案与用料是增加客车的安全性的一种重要方法，龙宪阁辽宁大连 116000 宁波吉利汽车研究开发有限公司摘要：随着我国与出行安全相关的法律法规越来越完善，乘用车的整体设计越来越受到重视。

优化车身框架结构设计方案与用料是增加客车的安全性的一种重要方法，通过合理的设计可以有效的提升客车的安全性。

公交车设计还必须融入更先进的技术，以便公交车设计随着时间的推移而发展并满足现代出行理念的要求。

本文对客车车身设计及先进技术应用进行深入分析，希望对相关人员有所启发，鼓励客车设计的发展。

关键词：客车车身；骨架结构；优化设计；先进技术；应用现阶段，人们越来越重视乘用车的安全性能，能源使用问题也越来越紧张，乘用车的设计过程不仅要注重提高安全性，更要注重采用更先进的技术使乘用车能够运行新的使用能源来减少废气排放总量。

车身框架结构的优化和改进已成为当前汽车制造商的核心研究内容，相关科研机构也在不断加大研究力度。

对这一内容进行深入分析可以帮助广大科研工作者更加清晰的认识车辆的结构特点。

1车身结构机械控制的理论分析客车结构分为非承重、半承重和全承重三种。

全车身结构将成为未来乘用车结构设计的中流砥柱。

非承重或半承重车身与全承重车身最大的区别在于，它有自己的大规格车架，而是用特殊形状的钢管焊接而成的全承重车身，相对较小的横截面总载荷承载结构。

力学分析表明，杆体（薄件）承受轴向变形能力强，抗弯曲性能相对较弱，因此必须保证杆体（框架）具有足够的刚度，一般可以采用增大面积与增加加强筋等方式来祈祷提高强度的作用，通过对局部车架的补强，可以有效提高车辆的整体承载能力的同时不会大幅的增加车辆的自重。

基于正交试验的大型客车车身结构多工况拓扑优化研究随着社会的发展，大型客车在公共交通领域所占的重要性不断增加，面对着越来越严苛的环保和安全要求，其设计结构也不断升级。

而车身结构的优化设计是重要的研究方向之一，能够有效降低车身结构的重量、提高领域属性等。

本文基于正交试验的实验设计方法，对大型客车车身结构在多工况下进行拓扑优化研究。

正交试验法是一种系统的试验设计方法，通过少量试验次数就可确定多个因素对结果的影响，从而系统的分析优化问题和选择最佳方案。

将该方法应用在大型客车车身结构拓扑优化中，可以节省大量试验成本和时间，提高研究效率。

本文选取了大型客车车身结构优化过程中的重要参数进行分析，包括车身侧面2D模型、最大的主拱弓截面形状、前轮弹簧承载点位置、后轮悬挂单元参数等。

在进行正交试验的实验设计过程中，选取了四个因素进行研究，每个因素选择了三个不同的水平值。

通过正交试验设计表将这些水平值组合，得到12组实验，同时设置了多工况载荷，分析车身结构在不同工况下的受力变化情况，以实现全面分析和综合评价车身结构的工作性能。

通过对实验进行数据分析和处理，得出对大型客车车身结构优化的建议，包括：增加前轮弹簧承载点支撑的刚度增加车身的稳定性和承载能力；优化后悬挂单元参数，减小车身的横向摆动，提高舒适性；采用梯形横梁结构，减小车身重量，提高燃油经济性。

最终将这些优化方案进行综合，得到了一组最佳的车身结构设计方案。

在大型客车车身结构优化研究中，正交试验法是一种非常有效的设计方法，具有高效、全面、精确等优点。

通过减少试验次数，加快研究进程，同时可提供更加准确和全面的实验数据，为优化车身结构提供科学依据和理论支持。

此外，正交试验法还可以帮助研究人员寻找到主要影响车身结构性能的关键因素，进而优化方案的选择和设计。

在实验设计过程中，将多个参数进行组合测试，通过数据分析，发现每个因素的主要作用及其相互作用，可以帮助研究人员更准确地确定每个因素对车身结构的影响程度，并判定各个因素之间的相关性。

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计随着汽车工业的发展，车身结构优化设计成为汽车制造领域的关键技术之一。

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计，可以更好地满足汽车结构轻量化、性能提升和安全保障等方面的需求。

本文将对基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计进行深入剖析，探讨其在汽车工程中的应用及发展前景。

一、引言随着汽车工业的快速发展，车身结构设计已经成为汽车制造领域中至关重要的一环。

传统的车身结构设计主要依靠设计师的经验和直觉，然后通过试验和改进来不断完善，这种方式设计成本高，效率低，而且很难实现最佳设计。

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计成为了汽车工程领域中的热门研究课题。

二、多模型拓扑优化方法概述多模型拓扑优化方法是一种结合了多种优化模型和拓扑优化技术的设计方法。

其主要特点是通过对不同的优化模型和拓扑优化技术进行组合，实现对车身结构的多维度优化，从而达到提高汽车整车性能、降低车身结构质量、提高车辆安全性和舒适性的目的。

在多模型拓扑优化方法中，通过建立多种不同的优化模型，如拓扑优化模型、尺寸优化模型、材料优化模型等，然后通过改进的优化算法对这些模型进行整合，实现对车身结构的整体优化。

多模型拓扑优化方法还可以结合有限元分析、计算流体力学分析等多种仿真技术，为车身结构的优化设计提供更加准确和可靠的分析依据。

与传统的汽车设计方法相比，基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计具有更高的科学性和可靠性。

在多模型拓扑优化方法中，设计师可以通过建立多种不同的优化模型，对车身结构的各种性能指标进行多维度优化，从而获得更加优秀的设计方案。

通过仿真技术的应用，可以及时发现和解决设计中的问题，提高设计的准确性和效率。

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计可以应用于各种类型的汽车设计中，包括传统燃油汽车、新能源汽车、电动汽车等。

在传统燃油汽车设计中，多模型拓扑优化方法可以通过优化车身结构，实现汽车整车质量的减轻和燃油经济性的提高。

分析纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计摘要：在环境问题日益突显的今天，国家对于新能源的开发和利用程度正在不断的加深，而随着清洁能源在社会中的作用加大，行业变革也开始在悄然进行。

以汽车行业为例，燃油汽车是汽车行业的主流，但是在目前的大环境下，纯电动汽车的推进已经成为了不可逆转的趋势，可以说在未来的我国，纯电动汽车的大量使用会是必然的结果。

针对这样的趋势进行电动汽车的设计和生产可以较好的抢占市场，为企业的发展打好基础。

在全面推进电动汽车的未来社会中，纯电动客车车身的骨架拓扑优化设计会成为一个研究的重点，所以本文就此问题展开分析，旨在为具体的设计提供理论思路和指导。

关键词：电动客车；车身骨架；拓扑优化；设计纯电动客车在目前的社会中已经得到了推广和应用，从具体的使用效果来看，其环保性比较强，所以国家在大力提倡电动车辆的生产和使用。

电动客车必然会成为未来客车的发展主流，这是从现如今的趋势进行判断和确定的。

从电动客车的具体分析来看，因为动力形式的转变，车身的骨架结构等也会发生明显的变化。

这既是出于动力装置的要求，也是出于安全性的需求。

本文就纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计进行分析，旨在为其设计优化工作提供帮助，实现实际上的具体提升。

一、有限元分析要进行纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计，需要对骨架的结构受力等情况进行具体的掌握，而这些要素具有综合性和复杂性，需要有科学的方法才能获得较好的结果，所以利用有限元分析法进行具体的分析。

从概念理解来看，所谓的有限元分析指的是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

技术全承载客车结构优化设计来源：有限元科技欢迎阅读本篇文章，文末有福利哦！摘要: 结构轻量化为近年来车辆设计之主要目标，减重最重要之目的为节省燃油与提高材料使用效率，车辆耐久强度与安全性也同时列入设计条件。

本文将全新的客车开发流程导入客车厂，利用HyperWorks 软件对一 12米城市客车进行结构优化设计，最终得到一全新设计之全承载结构。

设计变更后结构重量比原始车型减少超过20%。

最后，依照欧盟ECER66 之客车上层结构侧翻法规，利用RADIOSS 计算车身结构之侧翻强度，由结果显示减重后之车身结构强度符合法规之要求。

1、前言随着环保法规的日益严峻与能源的缩减，客车作为主要的大众交通工具之一，为提升燃油效率与安全性，客车设计的技术必须不断追求进步。

全承载车身设计为各客车制造厂研发重点之一。

本公司依照多年的车辆开发经验，针对客车建立了一套先进的开发流程(图1)。

本文以一款12米成熟量产型客车为基础车型，利用先进的优化技术，包括拓扑，尺寸与形貌优化等，得到一个全新概念设计。

在保证整车耐久强度充分满足国内主要城市工况行驶需要的要求下，最大可能地去降低结构重量。

其中客车优化设计流程图如图2所示。

图1 澳汰尔客车开发流程经过重新设计为全承载车型。

半承载是介于大梁式与全承载之间的车身结构，具有明显的个别车架，以底架为基础再与车身焊接结合，与车身的结合因限制于底架大梁型式，故此种车身结构只能承受部分载荷。

全承载(monocoque)结构具备单体化构造之车身(图3)。

车身五大片与底架焊接结合之改良设计，受力时能将力快速传递，并分解到全车结构各部位，兼顾结构之强度与其耐久性能，因此其结构有较佳之刚性，在整个行驶过程中，其有较佳之舒适性与较低的噪声。

本文利用HyperWorks 之MotionSolve 进行车辆入力之计算，以OptiStruct 进行准静态结构分析与优化设计。

基于实车耐久特性考虑，使用惯性释放的方法，个别进行多个行驶工况分析，并优化结构进行减重。

结构拓扑优化与客车车身优化设计【摘要】客车车身在客车中不仅起覆盖件的作用，还承担了客车一部分的载荷，因此结构拓扑优化对客车的设计中有着重要的意义。

通过先介绍结构拓扑优化的基本理论，然后在某客车车身概念设计阶段引入拓扑优化设计方法，达到优化性能、降低质量的目的。

【关键词】拓扑优化;车身结构;优化设计;客车1.引言汽车已经成为当前国民经济的重要支柱产业，随着社会对汽车的服务领域和多样化要求越来越高，车身作为汽车外观的直接表现，成为吸引市场的重要因素，在汽车设计中已经逐步处于主导的地位。

据统计，客车、轿车和多数专用汽车的车身质量约占整车质量的40%以上，货车的车身质量约占整车质量的20%以上，车身的设计及制造成本在汽车总成本中占有相当大的份额。

因此，仅从这个意义上来衡量汽车车身，其经济效益也远远高于其它方面。

国内外汽车生产的实践一再表明：整车生产能力的发展取决于车身，在基本车型达到饱和的情况下，只有依赖车身改型或改装才能打开销路。

轻量化设计可以提高车辆的动力性能，降低能源消耗，成为汽车设计需要考虑的主要因素之一。

拓扑优化方法是结构优化设计中有力的工具，并在汽车优化设计中大量应用。

客车车身在客车中不仅起覆盖件的作用，还承担了客车一部分的载荷，因此对客车的设计中有着重要的意义。

2.拓扑优化理论结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中演化出来的一个重要分支。

结构拓扑优化研究在国内起步较晚，而国外早在上个世纪初就已经开始了，我们国家是从上个世纪八十年代才开始结构拓扑优化领域的研究和探讨工作。

目前，国内外学者研究的重点主要是连续体结构的拓扑优化设计。

在这一领域的研究方向主要有两个，局部应力约束下的强度拓扑优化设计在国内研究较多，国外则是偏重于全局体积约束下结构的刚度拓扑优化设计。

从20世纪80年代末期以来，产生了许多拓扑优化理论和方法。

其中，较为流行的有均匀化方法和人工材料密度方法。

2.1 均匀化方法均匀化方法是M.P.Bendsoe和N.Kikuchi于1988年提出的一种拓扑优化方法，此方法求解拓扑优化问题分为三个步骤：①以复合材料力学为基础，由最小势能原理出发并结合均匀化理论的微元体假设，求得结构的均匀化弹性张量国品（z）。

客车车身结构轻量化设计客车车身不仅起到覆盖件的作用，而且还承载了客车一部分载荷，因此在概念设计阶段，对其进行拓扑优化就显得非常有必要。

文章首先通过Hypermesh 建立以某客车车身结构为基础的有限元模型，之后根据拓扑理论构建其拓扑优化模型，确定合适的优化三要素，选取最为常见的四种极限工况，再通过有限元软件OptiStruct的优化计算，最终得到其优化结果。

以拓扑优化结果来指导客车车身的设计，在确保满足车身各项性能要求达标的同时，能够提高材料利用率，减少冗余，达到车身结构的轻量化。

标签：有限元；拓扑优化；轻量化引言节能、环保和安全是汽车工业发展中所面临着的三大主要问题，油耗和排放是影响这些的重要因素。

大量数据研究表明，整车质量的大小与油耗密切相关，因此在满足整车各项性能指标的基础上对其进行轻量化是十分有必要的。

就客车来说，车身质量占整个客车质量的比重很大，通常为了满足其强度的要求车身骨架强度会出现局部富余的情况，这将进一步导致车身质量的偏大。

而我们国家的客车车身往往存在质量偏大的情况，甚至于存在有些结构刚度强度富余的情况。

大量研究表明，汽车质量每降低10%，油耗降低6-8%，排放降低4-10%。

而车身是客车三大总成之一，占整个客车总质量的40%-60%，由此可见影响整车轻量化的主要因素是对车身的轻量化。

目前，汽车轻量化的主要途径有以下两种，一是采用轻量化材料，例如采用高强度钢，铝镁合金等新材料，在满足刚度强度的情况下，使得质量更轻；二是利用CAE技术进行客车结构的优化，使得材料分布和各零部件布局更加合理，在满足要求的情况下，最大限度的减重。

文章就是基于拓扑优化的某客车车身结构设计，从而到达优化减重的目的。

1 拓扑理论简介与拓扑模型的建立1.1 拓扑理论简介拓扑优化（Topology）作为一种概念性的数学方法，是将一定设计空间内的连续体离散成有限单元网格，为每个离散单元附上合适的材料属性，给定合适的约束条件，利用OptiStruct自身的近似优化算法-根据结构自身的传力路径对材料分布进行重新布置，来完成设计人员给定的设计目标。

某中卡驾驶室前悬置的拓扑优化设计陈小华福田戴姆勒汽车股份有限公司 北京市 101400摘 要： 本文旨在通过某中卡驾驶室前悬置的结构优化设计过程,阐述如何在给定空间，根据车辆结构的使用要求寻找出其材料的最佳布局方式，从而使车辆结构最大限度地实现轻量化。

传统结构优化设计过程大致为假设-分析-校核-重新设计，有时这个过程需要重复多次，很难找出最佳设计方案，用材裕度一般较大。

本文前悬置的结构优化设计中，直接优化出其结构材料的最佳布局从而实现前悬置的轻量化。

其优化设计方法过程如下：确定前悬置相关的极限强度工况(七种)和安全法规要求的前拍工况，运用多体软件建立中卡整车模型，分析提取极限强度工况载荷；建立驾驶室前拍工况模型，计算提取前拍工况载荷；建立前悬置的优化模型，施加前面提取的工况载荷，以优化设计区域密度作为优化设计变量，把各工况下的计算应力和体积作为响应，把材料屈服强度作为约束边界，以体积最小作为优化目标进行优化分析，从而得出前悬置结构材料的最佳布局方式。

根据优化结果，设计人员设计出的样件一次性通过了实际强度试验验证和碰撞安全前拍工况的摸底试验，这一优化方法大大地缩短了前悬置结构的开发周期和试验时间，也节省了开发试验费用。

也说明CAE技术在产品概念开发和产品设计阶段具有重要的指导参考作用。

关键词：前悬置　轻量化　多工况　拓扑优化1　绪论汽车轻量化不仅会减少结构用材，而且会使整车动力性提高，制动安全距离缩短，燃油消耗率降低，同时降低尾气排放量，据统计车辆每减重10%，每百公里可节省燃油6%-8%，尾气排放量也相应减少7%左右[1]。

国务院发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》，要求到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5升/百公里以下；商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平[2]。

为了应对更为严格的法规要求和响应国家节能环保需要，我们福田在汽车轻量化工作上进行攻难刻坚，开展了大量工作，如其中某中卡驾驶室前悬置的拓扑优化设计。