中_重卡车架轻量化设计

作者简介：严国祥（1982-），男，山西运城人，本科，工程师，主要从事商用物流车、专用汽车的轻量化结构设计工作。

收稿日期：2021-10-18一种重卡车架轻量化结构设计及有限元分析严国祥，薛士博，王雪飞，蒋岩（辽宁忠旺集团有限公司，辽阳111003）摘要：介绍一种基于有限元分析的钢铝混合重卡车架的结构设计：车架材料主要是500L 大梁钢及6×××系铝合金挤压型材，由左右两支钢制纵梁、若干铝合金横梁组成主要受力框架。

纵梁采用原主机厂设计结构样式，横梁断面设计成抗弯刚度和连接性较好的工字型，各零部件之间通过铆钉或高强螺栓连接。

设计过程中通过有限元分析模拟了满载状态下的侧向工况和对扭工况，并重点分析了平衡悬架连接处的结构强度。

经过反复分析、结构优化，车架各处应力均低于材料屈服强度，抗弯和抗扭刚度与原钢车架相当。

对比结果表明，相比同类钢制车架，铝合金车架可减重40%。

关键词：铝合金；卡车；车架；有限元分析；轻量化中图分类号：TG146.21文献标识码：A文章编号：1005-4898（2022）01-0046-04doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2022.01.100前言随着我国经济的快速发展，电商、快递业呈爆发式增长，货物运输量剧增，导致商用物流车需求加大，物流运输行业竞争加剧。

为控制成本，增加货运量，各物流企业对车辆的性能、油耗、载质量利用率要求越来越高，而解决上述问题的最佳方案莫过于减重。

轻量化设计对传统燃油汽车而言可显著降低油耗；对新能源汽车则可增加续航能力；对于商用物流车最明显的优势是多拉货物，空载时降低油耗，从而在相同运费情况下增加收益，显著提升竞争力。

车架材料主要是500L 大梁钢及6×××系铝合金挤压型材，是负责承载整车上部载荷的核心部件[1-2]。

因此，在车架轻量化设计时就要充分考虑其强度。

目前钢制车架的纵梁、横梁普遍采用高强钢板折弯成型，再铆接而成。

第57卷 第10期Vol. 57 No. 102019年10月October 2019农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.10.010货车车架轻量化设计康元春（442002湖北省 十堰市 湖北汽车工业学院 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室）[摘要]为了降低车架质量，同时保证车架的强度、刚度和动态性能，采用了多目标拓扑优化方法进行设计。

首先进行了原车架有限元分析，并建立了车架拓扑优化模型，采用折衷规划方法构造优化目标函数。

然后利用层次分析法确定目标函数中各工况的权重系数。

最后进行拓扑优化得到了车架拓扑结构，并根据拓扑结构对车架进行了二次设计。

得到了新的车架结构，并与原框架结构进行了比较。

结果表明，新车架模型的静、动态性能达到了设计要求，质量降低了12.13%。

[关键词] 拓扑优化；轻量化；层次分析法；多工况优化[中图分类号] U463.82 [文献标识码] A [文章编号] 1673-3142(2019)10-0041-03Lightweight Design of Automotive FrameKang Yuanchun(Hubei University of Automotive Technology, Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronics,Shiyan City, HuBei Province 442002, China)[Abstract] In order to lighten the truck frame and ensure the strength, stiffness and dynamic performance of the truck frame, the multi-condition topology optimization method is adopted. Firstly the original frame is analyzed by finite element method, and the frame topology optimization model is established. And the compromise programming method is used to construct the objective function. Then the weight coefficients of the objective function are determined by the analytic hierarchy process. Finally, the frame topology optimization structure is obtained, and the frame is redesigned according to the topology structure. The new frame structure is obtained and compared with the original frame. The results show that the static and dynamic performance of the new frame meets the requirements, and the weight is reduced by 12.13%. [Key words] topology optimization; lightweight; analytic hierarchy process; multi-working conditions0 引言在降低车架质量的设计时，必须考虑几种极端工况的影响，如弯曲工况、扭转工况、急转弯工况和紧急制动工况。

基于铝合金材料应用的重卡车架设计及轻量化周友明】，程一明2,李骏】，姚明波1(1.东风柳州汽车有限公司，广西柳州545000；2.广西艾盛创制科技有限公司，广西柳州545000)摘要：重卡车架的轻量化对于节能减排、提高产品市场竞争力等方面有着直接的影响。

铝合金材料在重卡车架的应用对于重卡减重有着显著的效果。

以目前量产车型车架为基础，结合CAE有限元仿真分析手段，重点关注车架强度、刚度性能，以铝合金车架代替原钢制车架,从而以材料替换及结构优化的手段,实现车架轻量化的目标。

根据仿真分析结果,车架主体纵梁及横梁替换为铝合金材料后，在考虑成型工艺及连接工艺的前提下，车架整体强度、刚度性能达到钢制车架水平，方案可行，轻量化效果显著。

关键词：重卡;轻量化;车架；铝合金；刚度；强度;有限元中图分类号:U463.1文献标志码:A文章编号：1002-2333(2021)05-0091-04 Design and Lightweight of Heavy Truck Frame Based on Aluminum Alloy Material ApplicationZHOU Youming1,CHENG Yiming2,LI Jun1,YAO Mingbo1(1.Dongfeng Liuzhou Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou545000,China;2.Guangxi Aisheng Chuangzhi Technology Co.,Ltd.,Liuzhou545000,China) Abstract:The lightening of heavy truck frame has a direct impact on energy conservation,emission reduction and improve product market competitiveness.This paper takes the current mass-produced vehicle frame as the research goal. Combined with CAE finite element simulation analysis,the strength and stiffness performance of the frame are concerned, and the aluminum alloy frame is used to replace the original steel frame,so as to achieve the goal of lightweight frame by means of material replacement and structural optimization.According to the simulation analysis results,after the main body of the frame longitudinal are replaced with aluminum alloy material,the overall strength and stiffness performance of the frame can reach the level of steel frame under the premise of considering the forming process and connection process. The scheme is feasible and the lightweight effect is significant.Keywords:heavy truck;lightweight;frame;aluminum alloy;stiffness;strength;finite element0引言根据欧洲铝协的数据表明，汽车质量每减重100kg,每百公里可节约0.6L燃油。

某重型商用车车架耐久性分析及轻量化设计的开题报告一、研究背景和意义随着经济的快速发展，物流行业也在不断壮大。

而重型商用车作为物流行业不可或缺的一环，其重要性不言而喻。

然而，由于长时间大量运输的要求，重型商用车的车架容易受到损坏，导致车辆的寿命减短，影响物流行业的稳定性。

因此，对重型商用车车架的耐久性进行研究，对保障商用车的可靠性和安全性，改善运输效率和减少车辆故障，具有重要的现实意义。

同时，轻量化设计也是当前汽车制造业的重要趋势之一。

轻量化不仅可以减轻车辆重量，降低油耗，还可以提高车辆的安全性和可靠性，延长车辆的寿命。

因此，对重型商用车车架的轻量化设计进行研究，不仅可以提高车辆的性能和经济性，还可以减少资源的浪费，具有较高的理论和实践价值。

二、研究内容和方法本研究将从车架材料、车架结构和工况三个方面入手，对重型商用车车架的耐久性进行分析，并提出轻量化设计方案。

1.车架材料方面，本研究将选取常用的钢材和铝合金进行对比研究，分析两种材料的优缺点，并通过有限元分析、疲劳试验等方法，探讨材料对车架耐久性的影响。

2.车架结构方面，本研究将在传统的框架结构基础上，探讨梁式结构、网壳结构、板壳结构等成对性能的改变，通过有限元分析等方法，进行受力分析和比较，选出最具有轻量化设计潜力的结构。

3.工况方面，本研究将从单壳结构的车架负载试验实验，探讨不同路况、不同荷载工况对车架耐久性的影响，以及车架轻量化设计方案的实用性和可行性。

三、研究预期成果本研究预期通过对重型商用车车架的耐久性分析和轻量化设计方案的探讨，达到以下几个方面的成果：1.通过材料对比和结构改进，提高车架的耐久性，延长车辆的使用寿命。

2.实现车辆的轻量化设计，增加车辆性能和经济效益，减少资源浪费。

3.为汽车制造业的发展提供新思路和技术，推动汽车工业的可持续发展。

四、研究进度计划本研究计划分为以下几个阶段：1.文献调研和材料采集，确定研究方向和主要参考文献。

重型载重汽车车架轻量化设计研究一、概览重型载重汽车作为现代运输行业的重要支柱，其性能与效率直接影响到物流运输的成本与速度。

而车架作为重型载重汽车的核心部件，其重量不仅关系到整车的燃油经济性、动力性，还直接影响到汽车的安全性能。

车架轻量化设计成为提升重型载重汽车性能的重要途径，也是当前汽车制造业研究的热点之一。

车架轻量化设计的核心在于通过优化结构和材料选择，减轻车架的重量，同时保证车架的强度、刚度和耐久性。

这需要对车架的受力情况、材料性能以及制造工艺进行深入的研究和分析。

随着科学技术的不断进步，新型材料如高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等的应用为车架轻量化设计提供了更多的可能性。

在车架轻量化设计过程中，除了考虑材料的选用外，还需要对车架的结构进行优化设计。

通过合理的结构设计，可以减小车架的截面尺寸和厚度，进一步降低车架的重量。

还需要考虑车架与发动机、底盘等部件的连接方式和配合关系，确保整车的稳定性和安全性。

车架轻量化设计还需要考虑生产工艺和制造成本。

在满足性能要求的前提下，应尽量采用简单易行、成本较低的制造工艺和材料，以降低整车的生产成本，提高市场竞争力。

重型载重汽车车架轻量化设计是一个涉及材料、结构、工艺等多方面的复杂问题。

通过深入研究和分析，采用合理的设计方法和手段，可以实现车架的轻量化，提高重型载重汽车的性能和效率，为物流运输行业的发展做出贡献。

1. 重型载重汽车在社会经济中的地位与作用重型载重汽车作为道路交通的重要载体，在社会经济发展中占据着举足轻重的地位。

它们不仅是货物运输的主要工具，还是基础设施建设、物流运输、农业生产等领域不可或缺的力量。

随着全球经济一体化的加速推进，重型载重汽车的需求日益增长，对社会经济的发展起着重要的支撑作用。

重型载重汽车在货物运输中发挥着关键作用。

无论是长途运输还是短途配送，重型载重汽车都能以其强大的承载能力和稳定的性能，确保货物安全、高效地到达目的地。

在国际贸易中，重型载重汽车更是扮演着重要角色，它们穿梭于世界各地的港口、仓库和物流中心，将货物运送到各个角落，为国际贸易的繁荣做出了巨大贡献。

浅析重型商用车车架轻量化技术的发展及应用东风柳州汽车有限公司　姓名：周友明 学号：Ｐ１２０２０１２１　0 引言随着经济的快速发展，环境污染和能源短缺问题越来越明显，而汽车数量的增加更使这些问题日益严重。

因而，轻型、节能、环保、安全、舒适、低成本成为各汽车制造厂家追求的目标。

2009年备受世界瞩目的哥本哈根会议在全球掀起一股热烈的“哥本哈根”环保风，“低碳经济”已成为社会各界最为关注的热门词汇[1]。

近年来，得益于国家政策的扶持和国内市场的旺盛需求，我国汽车工业发展极为迅速，同时汽车也消耗了大量的不可再生能源，使一些地区出现了大面积的汽油、柴油和天然气等能源相对不足的现象，对人们的日常生活和农工业生产带来了很大的影响，对经济的发展产生了直接限制作用，所以节能减排已成为汽车工业界目前有待解决的重大问题，尤其是节能和环保更是关系到人类的可持续发展。

因此，推进汽车的节能环保显得尤为重要。

1 商用车车架轻量化的意义目前，我国商用车保有量占全部汽车保有量的23%左右，而燃油消耗占到整个汽车用油量的70%[2]，其中重型商用车的耗油量又占全部商用车耗油量的70%以上。

因此，汽车节能降耗重点就是要抓重型商用车的节能降耗。

轻量化技术是提高汽车燃油经济性、减少尾气排放、节约材料消耗的有效手段。

根据国外的研究数据表明，汽车整车质量每降低100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽车整车质量每减重10%，油耗可降低5%～8%[3]。

国内通过试验对比分析，某典型重型商用车减轻自重的10%，可以降低油耗4.75%[4]。

另外，轻量化对环保也很有好处，车辆每减轻100公斤，CO排放量可减少约5g/km[5]。

同时，轻量化可2减少原材料消耗，降低零件成本，增加企业的收益。

因此，轻量化对于消费者、企业以及社会环境都是有益的。

对载货汽车来说，轻量化不但减轻了自身质量还提高了载质量利用系数（汽车最大承载质量与汽车整备质量之比），这是一个综合衡量轻量化的系数，也是国内外商用车设计的基本准则。

大型客车车身骨架轻量化设计探讨摘要：近年来，汽车行业高速发展，汽车的安全问题、舒适问题受到人们的普遍关注。

大型客车是人们日常出行使用频率最多的交通工具之一，客车的车身骨架影响着整个大型客车的使用性能。

本文对目前使用的大型客车的车身骨架结构进行了分析，并提出了车身骨架钢铝一体化结构，指导客车的车身结构设计，从轻量化的结构和轻量化的材料两个方面，完成对客车车身的轻量化设计。

关键词：大型客车；车身骨架；轻量化设计客车的车身骨架是整个车体受力的承载体，是一种较为复杂的结构，在保证客车使用性能的前提下，尽量的减少车身的质量，有助于减少汽车尾气的排放、节约能源，实现环境保护的目的，对可持续发展战略有重要意义。

对客车车身进行轻量化设计，主要有两个方面，选择轻量化的材料和改进结构设计，以下将从这两个方面探讨如何最大限度地减轻车身骨架的质量。

一、车身骨架结构特点通常来讲，大型客车一般采用全承载式车身骨架结构，这是一种没有独立车架的整体车身结构形式，主要由钢质型材焊接而成，全承载式车身骨架由底架、前围后围、左右侧围、车身顶盖六个部分组成。

车身的底架使用薄钢板冲压而形成的纵横格栅，在大型长途客车中被广泛使用，全承载式的车身骨架结构能够有效保证客车实际运行过程中的稳定和平衡。

具体来分，根据车身上部和下部受力程度的差异，还可以分为整体承载式和基础承载式[1]。

二、大型客车车身轻量化设计（一）客车车身轻量化材料能够实现车身轻量化的材料主要有两种，一种是以高强度钢为代表的高强度材料，另一种是以合金类材料、塑料和复合材料为代表的轻质材料。

其中铝合金是最为常用的一种轻量化材料，具有质量轻、抗腐蚀性强、导热性好以及易于回收利用等优点，所以被广泛的应用在汽车工业上。

大型客车的车身质量大约占客车总质量的30%-40%，因此应用铝合金型材制作车身，能够达到良好的轻量化效果，奥迪、本田等多家汽车企业都已经成功制造出了全铝制的车身。

而高强度钢是一种结合了强度和韧性的钢种，具有质量轻、强度高、耐腐蚀和成本低的特点，近年来也被作为客车轻量化的材料使用，虽然铝合金等轻量化材料被广泛的应用，但是却无法完全取代钢铁材料，高强度钢仍然是未来汽车用刚才的主要发展方向，如果利用高强度钢制造客车的车身，能够减轻客车质量的30%-40%左右，板材和钢材是目前主要使用的高强度钢材料，钢材成型的技术也随着高强度钢的使用而不断的发展，国外普遍使用的是点焊和粘接相结合的复合连接技术，我国在这方面的应用还不十分成熟。

重型载重汽车车架轻量化设计研究发表时间：2018-01-02T14:31:47.043Z 来源：《防护工程》2017年第22期作者：郭秋镭[导读] 对于重型载重汽车来说，轻量化的汽车车架设计可以保证汽车行驶的安全，在研发过程中，还能够帮助企业节约开发经费。

泰安航天特种车有限公司山东省泰安市 271000摘要：对于重型载重汽车来说，轻量化的汽车车架设计可以保证汽车行驶的安全，在研发过程中，还能够帮助企业节约开发经费，提高研发效率。

本文利用实验的方法，对重型载重汽车的轻量化车架进行研究，并通过实验数据验证车架轻量化后的强度，同时利用有限元仿真实验对车架强度进行了模拟分析。

关键词：载重汽车实验；轻量化设计；有限元分析；强度模拟前言：车架轻量化的研究能够促进能源节约和环境保护，在现代轻金属的现代复合材料应用中，由于承载部件选用中成本较高，短时间内难以得到大规模普及，因此针对轻量化的汽车车架设计应当通过制造工艺使尺寸参数得到优化，从而形成新的轻量结构。

同时，在汽车运行过程中，加大对碰撞、振动等内容的研究，深刻考虑约束条件，利用硬件优势，在尺寸参数得到优化的基础上提升安全性。

一、轻量化车架实验研究（一）试验设备选择为了实现重型载重汽车的车架轻量化设计可以投入生产，本文利用某品牌载重汽车进行了实验设计，并使用硬件平台和数据采集软件对实验数据进行采集。

在实验开始之前，首先进行实验设备的选择，本文选择了能够面向仪器系统的技术平台，借以实现自动化系统，提供高性能坚固性以及低成本的配置方案。

利用系统平台，可以将电气总线与坚固的欧式机械进行封装，从而使总线的软件性能得到同步。

同时，选用电阻应变片，对车架轻量化设计过程中出现的应变响应进行采集。

（二）实验数据采集为了能够实现数据采集，需要将采集信号的硬件设备与汽车构件当中的物理信号相连接，并利用信号形成辅助电路，对信号进行预处理，生成原始数据。

为了能够使数据更加准确，在每次工况测试之前，需要将数据采集硬件中的应变片进行程序核对，使其与每一应变通道校准。