轻卡车架性能研究

2018年4月第47卷第4期机械设计与制造工程Machine Design and Manufacturing EngineeringApr.2018Vol.47 No.4DOI：10. 3969/j.iss n.2095 - 509X.2018.04.012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(南京工业大学浦江学院，江苏南京211134)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H y p e r W o k s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。

关键词：有限元；车架；结构分析；电动车中图分类号：U270.1文献标识码：A文章编号:2095 -509X(2018)04 -0056 -04商用车由于其货物运输属性的要求，依然广泛 采用非承载式车身结构。

车架作为轻卡、轻货、轻 客、皮卡等商用车型的主要受力部件，具有支承连接汽车的各零部件、承受来自车内外各种载荷的功 用，并对整车承载性能、安全性能等起到至关重要的作用。

国家“十三五”规划中，确定实施“纯电驱动”技术转型战略，实现各类电动汽车产业化。

目前纯 电动商用车更多的是在城市及近郊使用，对续航里 程的要求略低于乘用车，并能降低污染，因此纯电 动商用车研发制造的吸引力在逐渐增加。

受制于成本、技术等因素，更多的企业选择在当前传统燃油车的基础上进行电动汽车的改装。

但是纯电动汽车由于原理和结构的特点，与传统汽 车相比对车身结构等性能要求均存在差异，因此对 传统汽车车身结构进行分析计算，确定最终车身结 构改进的可行性，以便更好地满足纯电动汽车的技 术要求。

西南交通大学本科毕业设计轻型汽车前后独立悬架设计THE DESIGN OF A LIGHT TRUCK'S INDEPENDENTSUSPENSIONS摘要悬架是汽车中的一个重要总成部分，它把车架与车轮弹性地联系起来，影响到汽车的多种使用性能。

悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。

本文根据设计要求对轻型货车前后悬架进行设计。

首先根据要求完成汽车的总体设计，并选择汽车的主要参数，包括尺寸参数、质量参数和主要性能参数。

在完成汽车的总体设计的基础上，分析悬架的类型及结构特点，为汽车选择前后悬架的类型。

本设计中前悬架采用麦弗逊独立悬架，后悬架采用斜置单臂式独立悬架。

接着对悬架的性能参数进行选择，并且完成悬架的结构元件的设计计算，包括螺旋弹簧、减振器、导向机构、横向稳定杆等。

螺旋弹簧的设计计算，包括刚度和强度等的校核，使设计的弹簧能满足设计的偏频要求。

为前、后悬架匹配减振器，计算减振器的尺寸参数，并且检验减振器是否满足强度要求。

为了防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，为前后悬架各匹配了一个横向稳定杆，提高悬架的侧倾刚度。

关键词：麦弗逊悬架单斜臂AbstractSuspension is an important assembly part in the vehicle.It used to connect the wheels to the body elasticity,affects a variety of performances of car.Suspension is not only meet the vehicle requirements of comfort, but also meet the requirements of its handling stability.The two aspects are mutually exclusive.This article is designed to design the front and rear suspension of light trucks.First, it designs the scheme of whole car based on the parameters which were already been given,and selects the main parameters of the car,Including the size parameters, quality parameters and main performance parameters.Based on the completion of automotive Design,it analysis the structural characteristics and type of suspensions, choose the types of suspensions for front and rear suspensions.It chooses the McPherson independent suspension for front suspension,and the Oblique single arm for rear suspension.Then on the suspension of the performance parameters of selection, and the complete suspension of the structural elements of the design calculation,including the coil spring, shock absorber, oriented institutions, horizontal stabilizer bar and so on.Helical spring's design and calculation, including the stiffness and strength of the check, make the design of the spring biasing to meet the design requirements. For the front and rear suspension matched shock absorber, damper size calculation parameters, and test whether the shock absorber to meet the strength requirements. In order to prevent the body in turn occurs when excessive lateral roll, each match for the front and rear suspension, a roll bar, to increase suspension roll stiffness.key words：Mcpherson suspension Oblique single arm目录第1章绪论 (1)1.1 论文的研究目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状发展趋势 (2)1.3 论文的主要研究内容 (4)第2章汽车总体参数的确定 (5)2.1汽车形式的选择 (5)2.2 汽车主要参数的选择 (5)2.2.1汽车主要尺寸的确定 (5)2.2.2 汽车质量参数的选择 (8)2.2.3 汽车主要性能参数的选择 (10)2.3汽车发动机的选择 (12)2.4 轮胎的选择 (14)2.5 本章小节 (16)第3章汽车悬架方案的选择 (17)3.2 悬架的结构型式与分析 (17)3.2.1 非独立悬架和独立悬架 (17)3.2.2 独立悬架结构形式分析 (19)3.3 前、后悬架方案的选择 (20)3.4 本章小节 (22)第4章悬架的设计计算 (24)4.1悬架主要参数的选择计算 (24)4.2弹性元件的计算 (26)4.2.1 前悬架螺旋弹簧的设计计算 (26)4.3独立悬架导向机构的设计 (29)4.3.1设计要求 (29)4.3.2前轮定位参数与主销轴的布置 (30)4.3.3导向机构的布置参数 (33)4.3.3 麦弗逊式独立悬架导向机构设计 (39)4.4 减振器的设计 (42)4.4.1 相关参数的计算 (42)4.4.2 减振器主要尺寸 (44)4.5 横向稳定杆的设计 (45)结论 (47)致谢 (48)参考文献 (49)第1章绪论1.1 论文的研究目的和意义悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。

第7卷第2期2024年4月Vol.7 No.2Apr. 2024汽车与新动力AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN新能源商用车车架性能仿真分析何金泉1，李发兴2，陈亮宇1，黄传海1，周思1（1.柳州坤菱科技有限公司，广西柳州 545000； 2.祥鑫科技股份有限公司，广东广州 511434）摘要：车架作为衔接底盘与车身的桥梁时刻承担车身、附件及货物的重力，同时承受着各种路面激励和发动机激励，因此车架的性能直接影响到汽车的舒适度和驾驶体验。

本文利用Optistruct软件搭建车架有限元模型，对某车架进行仿真分析，并根据仿真结果对车架进行模态分析和刚度分析，从而评估车架性能是否满足要求。

结果表明：所研究车架因发动机激励而产生共振的可能性较小，其刚度性能良好，具有较好的抗变形能力，强度性能也满足材料屈服要求，基本符合设计要求。

经过车辆路试，该车架未发生性能问题，证明了该方法的准确性，可为商用车车架性能的仿真设计提供参考。

关键词：车架；模态分析；刚强度；有限元0　前言车架作为汽车的基础载体，主要是由2根边梁和数根横梁组合而成的梯状刚性结构，汽车的承载和车内外所承受的激励源都作用在车架上，因此车架性能的优劣将直接影响到汽车的品质。

有限元法根据近似分割和能量极致原理，将求解区域离散为有限个单元组合，研究其单元特性并通过变分原理把问题化为线性代数方程组求解［1］。

利用有限元分析方法，在汽车开发前期对车架进行仿真分析，通过对模态、弯扭刚度、强度等性能仿真结果进行评价，确认车架在造车路试前没有基础性能缺陷，为后续设计提供理论支撑。

1　工况设计由于汽车有多种实际路面工况，车架需要承受各种不同的载荷激励。

载荷主要包括弯曲、扭转和弯扭组合等，载荷激励对车架寿命影响较大，因此需要计算求解弯曲、扭转刚度值，以保证设计阶段车架设计的性能要求。

作为汽车承载体，车架需要承载车身及货物的重量，同时在实际使用中还受到各种力及力矩。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·44·2020年第21期文章编号：2095－6835（2020）21－0044－02某轻卡发动机悬置支座强度性能分析曾发发（江铃汽车股份有限公司，江西南昌330001）摘要：为了验证某轻卡发动机悬置支座的强度性能，采用有限元方法建立悬置支座的离散化模型，约束螺栓孔的所有自由度，加大动力系统的重量，对其典型工况进行强度性能分析，获取其在垂跳、制动和转弯时的应力分布，其应力值均小于材料屈服值，安全系数均较高，因此其符合强度性能设计要求。

关键词：悬置支座；有限元；强度性能；离散化模型中图分类号：U463.33文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.21.0191引言悬置支座是汽车动力系统的主要部件，其通过螺栓安装在车架纵梁上，再通过压缩式橡胶悬置固定发动机与变速箱，其主要作用是抑制外力对动力系统的偏移，同时减弱发动机传递到车架的振动。

当车辆行驶在凹坑路面时，悬置支座将受到不同的激励和振动，若设计不合理，其容易产生失效风险，直接影响车辆的安全性和舒适性，因此其强度性能必须满足设计要求。

为了校核某轻卡发动机悬置支座的强度性能，采用有限元方法建立其网格模型，基于典型工况对其进行强度仿真分析，得到了其应力分布，评估其风险。

2有限元分析原理有限元分析原理是首先将系统连续的区域离散化成若干个单元，然后进行进行单元力学特性分析，再进行等效节点力计算和建立平衡方程，最后进行节点位移的求解和单元应力的计算。

系统的平衡方程是基于力学平衡条件和加载边界条件将每个网格单元重新组合，力与位移的关系为[1-2]：f=Kq（1）式（1）中：f为结构的载荷列阵；K为结构的刚度矩阵；q 为结构节点的位移列阵。

3建立有限元模型某轻卡发动机悬置支座包括前悬置支座（连接发动机）和后悬置支座（连接变速箱），前悬置支座属于铸造件，后悬置支座属于钣金件。

摘要汽车车架是整个汽车的基体，是汽车设计中一个重要的环节。

车架支撑着发动机离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量的重要机件，承受着传给它的各种力和力矩。

因此，车架必须要有足够的弯曲刚度，也要有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命。

同时，随着现在汽车的发展，载重货车的乘坐舒适性，操控性能也在不断提高，因此车架的设计还应同时兼顾舒适性和操控性。

本文以商用载重货车为研究目标，结合货车的各项参数，对车架进行设计。

确定了车架总成以及纵梁横梁的各项参数。

运用solidworks软件做出了车架的三维模型图。

同时利用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对车架的四种典型工况做出静力分析，得到各种工况下的变形情况和应力分布情况，同时对车架进行了模态分析。

最后根据分析结果对车架做出优化建议。

关键词: 载重货车；车架；结构设计；有限元分析IABSTRACTThe vehicle frame is the base of the car, is one of the most important parts in the automobile design. Frame supports the engine clutch, transmission, steering gear, non bearing body and the container all spring quality the important parts, bear and pass it on to all kinds of force and moment. Therefore, the frame must have enough bending stiffness, also want to have enough strength, to ensure sufficient reliability and life. At the same time, with now the development of automobile and truck ride comfort, handling performance also continues to increase, so design of the frame should also combine comfort and handling.In this paper, the commercial truck as the research objective, combined with the parameters of the truck, the frame design. Frame assembly and the longitudinal beam parameters were determined. The 3D model chart of the frame was made by SolidWorks software.. At the same time, the finite element analysis software ANSYS Workbench of the frame of four kinds of typical working conditions to make static analysis, obtained under various conditions of deformation and stress distribution, and the modal analysis of the frame. Finally, according to the results of the analysis of the frame to make optimization recommendations.Keywords:Truck； frame；structure design；finite element analysisII目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1车架总成概述 (1)1.2国内外研究情况及其发展 (2)2 车架总成设计 (6)2.1参考车型及其参数 (6)2.2车架类型的选择 (6)2.3车架设计的技术要求 (11)2.4车架的轻量化 (13)2.5车架的参数设计 (13)3 车架的有限元静力学分析 (19)3.1车架几何模型的建立 (19)3.2车架有限元模型的建立 (19)3.3车架的静力学分析 (21)3.4 基于静力分析的车架轻量化 (32)4 车架的模态分析 (34)4.1车架模态分析的基本理论 (34)4.2车架有限元模态分析结果 (36)4.3车架外部激励分析 (40)5 总结与展望 (42)III5.1总结 (42)5.2工作展望 (43)参考文献 (45)致谢 (47)IV1 绪论1.1车架总成概述汽车车架是整个汽车的基体，是将汽车的主要总成和部件连接成汽车整体的金属构架，对于这种金属构架式车架，生产厂家在生产设计时应考虑结构合理，生产工艺规范，要采取一切切实可行的措施消除工艺缺陷，保证它在各种复杂的受力情况下不至于被破坏。

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。

汽车制造毕业论文轻卡整车有限元静力学动力学分析汽车制造毕业论文|轻卡整车有限元静力学动力学分析应用PATRAN建立轻卡车架、悬挂、车身等整车模型，并施以合理的约束边界条件，在考虑各种载荷下对整车的静强度进行分析计算与评价，并提出了合理可行的改进建议和措施。

为考察整车的动应力分布，通过在多体动力学软件ADAMS中构建整车的刚柔混合模型，并进行实际道路的模拟仿真，再利用其与NASTRAN的接口在NASTRAN中进行动响应计算，得到整车的动应力时间历程，从而为疲劳分析奠定基础。

在产品开发早期阶段应用CAE技术，仿真产品的各种性能来引导设计，提供产品品质验证并优化细节设计，最大限度的减少重复制作物理样机的次数，保证开发质量，最终达到缩短产品的市场化周期，缩短产品开发周期的目的。

针对全新开发的轻卡系列，利用MSC.NASTRAN软件对车身、车架的模态、刚度、强度进行分析计算，发现设计中存在的不足，并提出合理可行的改进措施，最终使整车强度和刚度满足要求。

1、整车有限元建模在构建有限元模型时，利用MSC.PATRAN软件良好的CAD接口，从外部输入UG、PRO/E三维模型，依据相关原则进行几何清理与简化，应用PATRAN的有限元前处理功能，通过建立单个零件有限元模型，最终形成整车有限元模型。

整个模型单元725015个，节点589235.有限元模型见下图。

2、整车静强度计算汽车静止时车架只承受弹簧以上部分的载荷，它是由车架和车身的自身质量、装在车架上各总成的质量和装载质量所受的重力组成，其总和称为车架的静载荷。

此次计算共提供两种工况。

弯曲工况：有限元分析过程中，要求有足够的约束条件以消除刚性位移，因此，约束前轮中心线位置上的节点的3个移动自由度、后轮中心线位置上的节点的2个移动自由度，作为整车约束。

扭转工况：在弯曲工况的基础上，按规范将右前轮抬高到某一数值。

计算得到的车身、车架应力云图如图2所示。

通过分析，发现车身最大应力部位主要位于前地板和中地板的凸起鼓包、曲率急剧变化处及某些支撑部位。

货车安全性能的研究与评价第一章引言货车作为一种重要的运输工具，在现代物流体系中扮演着重要的角色。

然而，由于货车的尺寸较大、运输量较大，因此在长时间运输过程中，货车的安全性能就成为了一个重要的问题。

为此，我们需要对货车的安全性能进行研究与评价，以保证物流行业的发展和货车运输的安全。

本文将对货车安全性能的研究与评价进行深入探讨。

第二章货车安全性能的定义货车安全性能是指货车在运输过程中，能够安全、稳定、高效地完成运输任务的能力。

货车安全性能包括车辆发动机、传动系统、车桥、刹车系统等方面的技术性能与安全性能，以及车辆的质量、尺寸、外观、灯光等方面的安全性能。

第三章货车安全性能的研究方法1.实车检测法：通过对货车进行实车测试，检测车辆的各项技术性能、安全性能，并结合实际条件对货车安全性能进行评价。

2.仿真模拟法：通过建立数学模型、计算机模型，对货车在不同运输条件下的技术性能、安全性能进行模拟与分析。

3.试验室测试法：通过模拟实车测试条件，对货车发动机、传动系统、刹车系统等方面的性能进行实验室测试，从而评价车辆的技术性能与安全性能。

第四章货车安全性能的评价指标1.车辆性能指标：包括车辆的加速性能、制动性能、最大载重量、最大速度等方面的指标，用于评价车辆的技术性能。

2.车辆稳定性指标：包括车辆的悬挂、转向、防侧翻等方面的指标，用于评价车辆在运输过程中的稳定性。

3.刹车安全性指标：包括制动距离、刹车灵敏度等方面的指标，用于评价车辆在刹车时的安全性能。

4.货箱安全性指标：包括货箱的稳定性、承重性、密封性等方面的指标，用于评价货车在运输中货物的安全性。

第五章货车安全性能的评价方法1.综合评价法：将各项安全性能指标综合计算，得出综合评价分数，用于评价货车的安全性能。

2.层次分析法：将货车安全性能的各项指标进行层次化分析，构建指标体系，以此评价货车安全性能。

3.熵权法：根据各项指标的权重大小，利用熵值理论对各项指标进行权重分配，以此评价货车安全性能。

10.16638/ki.1671-7988.2021.02.024基于Nastran的某轻卡加速异响问题优化研究丁闻宇，杨静（江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001）摘要：为解决某轻卡加速轰鸣问题，文章基于Nastran有限元法，对车架第二横梁及优化方案进行了模态分析，并通过NVH振动测试试验，有效解决了该车型加速异响轰鸣问题，满足设计目标要求。

关键词：轻卡；加速异响；性能优化中图分类号：U467.4+93 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)02-76-02Optimization of Resonance Problem of ECU Bracket of LightTruck Based on NastranDing Wenyu, Yang Jing( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )Abstract: In order to solve the problem of acceleration and roar of a light truck, based on the Nastran finite element method, the modal analysis of the second cross beam and optimization scheme of the frame is carried out, and the NVH vibration test is carried out, which effectively solves the problem of abnormal noise and noise of the vehicle, and meets the design requirements.Keywords: Light truck; Acceleration noise; Performance optimizationCLC NO.: U467.4+93 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)02-76-021 引言随着国家经济复苏快速发展，商用车销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。

微型汽车车架轻量化研究莫易敏;王金涛;刘念;梁玮;李宇峰;柴淑枫【摘要】以某微型汽车白车身为例,建立白车身的有限元模型,采用有限元法求得车架优化前白车身的动静态特性,计算结果为下一步车架轻量化设计提供参考依据.基于超单元法与灵敏度分析方法,以车架重量最小为目标函数,在保证白车身车架动静态特性不降低的前提下,优化微型汽车车架关键构件厚度.优化后的车架质量下降6.39％,白车身的弯曲刚度提高1.0％,白车身的一阶模态频率提高了0.41 Hz.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2014(038)005【总页数】4页(P993-996)【关键词】超单元;车架;轻量化;模态综合;灵敏度分析【作者】莫易敏;王金涛;刘念;梁玮;李宇峰;柴淑枫【作者单位】武汉理工大学机电工程学院武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】U463.1降低汽车质量对汽车油耗与环境保护有着显著影响，研究发现，汽车总重量减少5%，能源消费将减少3%～4%，尾气排放量将减少2%～3%［1］.作为汽车承重的主要结构——车架，其动静态特性对整车性能有着重要的意义.在满足白车身动静态特性的要求情祝下，尽量减轻车架的质量实现车身轻量化是研究的主要内容. 超单元法是针对大型问题的一种非常有效的方法，在优化过程中仅需对相关超单元部分或者剩余结构部分进行重新研究优化，从而使计算过程更真实、有效，避免了对其他非相关结构的重复分析［2］.作为轻量化优化研究的常用方法——灵敏度分析法，利用其可改善优化过程效率.研究以某微型汽车车架为例，利用超单元法将白车身划分为几个超单元，基于厚度优化对车架关键零部件进行迭代优化，缩减了计算时间，实现了降低车架质量的目标.1 微型汽车车身模型的创建建立几何模型是轻量化的第一步，应用美国EDS公司的UG 软件建立某微车白车身几何模型.另外，基于UG 软件的优点，以及与有限元前处理软件Hypermesh较好的接口能力，研究在UG 软件上完成白车身轻量化的几何模型的建立.某微型汽车白车身包括车身地板总成、前围总成、后围总成、侧围总成、顶盖总成、发动机舱总成、翼子板总成、仪表台骨架总成共11个总成，近200多个零部件.对每个基于UG 软件的有限元模型进行有限元网格划分，进行统一的网格质量检查.车身零件间的连接以点焊连接为主，采用CWELD 单元模拟整个车身结构中的焊点.最后建立的有限元模型见图1，包括608 015个单元，605 527个节点.图1 微型汽车白车身有限元模型2 超单元模型的划分2.1 超单元的基本原理研究采用模态综合超单元法对白车身进行处理，其基本原理如下［3］.首先根据边界将整个模型分成若干个子单元.将设定子单元称为超单元，边界处的节点成为边界节点.子单元的动力学方程如下式.式中：u为位移向量；C 为阻尼矩阵；M 为质量矩阵；K 为刚度矩阵；F 为力向量.超单元聚缩后得到刚度矩阵Kff 和质量矩阵Mff，节点自由度是根据内部O 和边界处B 自由度集来划分的.子单元在边界确定下的模态可以在主模态的计算过程中得到，如下方程所示：式中：φoo为确定边界时的特征向量；ωk 为子确定边界时的特征值.计算约束模态过程就是计算子单元在标准边界位移作用下的变形，如下式.式中：φob为内部节点在标准边界位移下的特征向量；Ibb为单位矩阵；Pb 为边界结合力.定义广义坐标转换矩阵如下式.利用式（3）拆分后运算，将质量矩阵右乘广义坐标转换矩阵，刚度矩阵左乘广义坐标转换矩阵，计算得出缩减后的广义刚度矩阵Kaa和广义质量矩阵Maa如下式.最后将剩余结构与超单元矩阵连接到一起，组成整个模型，即整体结构的缩聚矩阵方程，然后再计算关于整个模型的动力学平衡方程，对模型进行研究运算［4］. 2.2 白车身超单元结构的划分在完成建模与划分网格后，将白车身模型划分为多个超单元结构与剩余结构.划分超单元时应考虑以下几点：首先以模型的自然结构进行划分有利于对模型的改进和优化；其次划分处应设置在超单元结构与剩余结构结合部节点较少部位，达到自由度有效凝聚的要求；若将整个模型分割为超单元结构，则整个模型的骨架应是超单元结构的边界节点［5］.根据超单元的划分原则，将白车身前部结构、白车身顶部结构、白车身尾部结构各作为一个超单元，车架和其他部分结构作为剩余结构，超单元结构与剩余结构通过公共网格点连接，各子结构模型组成见图2，各部分结构数据见表1.图2 子结构模型这里，微型汽车的主骨架（在汽车设计中是非常重要的）包括汽车纵梁、连接板等其他部分相连结构被定义为剩余结构，见图2a）.图2b）展示了超单元的前部.包括：水箱架、前围板等组成，主要用于连接其他超级单元与剩余结构.图2c）展示了超单元的顶部.包括：门柱、顶梁、顶盖横梁等组成，用于连接超单元前部和尾部及剩余结构.图2d）展示超单元的后部，包括：后地板总成、后柱等组成，用于连接其他超单元和剩余结构.表1 各部分结构数据3 车架轻量化的优化分析3.1 利用超单元法对车身动静态特性分析微型汽车在坑洼路面和平坦公路行驶可以简化为扭转工况和弯曲工况.在进行白车身轻量化之前，应先利用超单元法仿真出白车身在轻量化之前的刚度模态状况，确定车架轻量化方向.弯曲工况条件根据乘员人数分别加载于每个座椅位置的R 点处，然后以RBE3单元将力均匀加载到座椅各安装点位置，总共施加载荷6 680N，方向为竖直向下的集中力，具体约束与载荷见图3.图3 弯曲工况载荷与约束扭转工况条件在左右前减震器安装孔处施加一对沿Z 向的力偶，得到的转矩式中：F 为施加载荷；l为轮间距.具体扭转工况见图4.图4 扭转工况载荷与约束使用MSC.Nastran软件对模型进行求解.查看计算结果，在弯曲工况下的最大Z向位移为0.7mm，在扭转工况下左右减振器处相对挠度为0.15mm.根据式（7）计算可以得到，车身的弯曲刚度值为9 542N·m，扭转刚度值10 830N·m.对比同种车型，弯曲刚度低于对标车型，应优化提高；扭转刚度超过一般车型的安全裕度，研究过程中可以适当降低白车身的扭转刚度［6］.使用MSC.Nastran软件对模型进行模态分析得到的各阶模态频率，以及振型，见表2与图5.表2 车身变形情况与固有频率图5 模型前四阶变形形式根据发动机的转速，以及地面激励的作用原理，车身的一阶模态应不低于25Hz ［7］，而研究的微型汽车白车身计算得到的一阶模态刚刚符合要求，因此在车架的轻量化过程中应适当的提高白车身的一阶模态.3.2 利用灵敏度分析对汽车车架优化灵敏度分析是通过求解参数对目标函数的导数，得到对目标函数影响最大与最小结构，来为参数优化提供优化依据［8］.在优化过程中，优化部件应该选取汽车车架的主要零部件，对于尺寸较小的加强件，由于其对车身动静态特性影响较小，并且如果考虑不周全会产生错误的优化，因此在优化过程中减去分析研究这些零件［9］.设定目标函数为最小车架质量，优化条件为白车的刚度模态，关键零部件的板厚为设计变量，利用HyperWorks／Nastran模块对车架厚度进行优化计算，定义discrete dvs（离散设计变量值）将设计厚度变量变动范围控制在0.7～2.5mm 之间，并且数值分布在0.7，0.8，1.0，1.2，1.3，1.5，1.7，2.0，2.2，2.5 mm 以满足配套板材规格.经过10步迭代运算，优化过程结束.关键部件板厚优化结果及灵敏度值见表3.表3 关键部件板厚的优化车架质量在优化过程中迭代收敛，具体过程如图6所示.关键零部件厚度经优化调整后的值见表3.根据上表调整值，对有限元模型重新赋值进行图6 目标函数收敛过程刚度和模态分析，对比优化前的模型，得到表4.表4 优化前后车身性能对比可以看出轻量化效果明显，从轻量化设计的可行角度讲，厚度变化的零件，都可以在现有生产线利用原模具进行加工，改型生产的成本得到了控制.传统整体计算轻量化的方法与利用超单元法对白车身车架模型轻量化方法的对比见表5.表5 整体计算法与超单元方法对比4 结论1）根据分析白车身优化前刚度与模态状况，制定有效的优化方向.优化后使得车架质量降低6.39%，在车身扭转刚度的裕度范围内，提高了车身弯曲刚度，车身的各阶模态频率均有所增高.2）优化结果验证了超单元法与灵敏度分析法的有效性，得到新的汽车轻量化优化方法.3）超单元技术降低对计算机配置的要求，提高前、后处理的效率，节省优化过程计算时间.参考文献［1］BENEDYK J.Light metals in automotive applications［J］.Light Metal Age，2000，58（10）：34-35.［2］ZHANG Jianrun，SUN Qinghong，CHEN Nan.Dynamic analysis and optimization of cars bodes-inwhite based on superelement approach ［J］.Journal of Southeast University（English Edition），2004，20（3）：324-327.［3］段根宝.模态综合超单元法的简化解［J］.振动工程学报，1989，2（4）：51-57.［4］宋景涛，方明霞.模态综合法在ANSYS 中的应用［J］.计算机辅助工程，2007，16（3）：145-148.［5］冯海星，刘海立，张松波，等.模态综合法在车身结构动力学计算中的应用［J］.汽车工程，2012，34（9）：811-815.［6］BENERJEE J R.Torsional rigidity of a raeing car Frame［M］.Struetural Design and Crash Worthiness of Automobiles，1997.［7］曲昌荣.汽车车架的轻量化设计［D］.成都：西华大学，2006.［8］高云凯，张海华，余海燕.轿车车身结构修改灵敏度分析［J］.汽车工程，2007，29（6）：511-514.［9］王铁，赵震，陈峙，等.某车架结构基于灵敏度分析的优化设计［J］.机械科学与技术，2013，32（4）：545-550.。

10.16638/ki.1671-7988.2018.20.037轻卡货箱静动态性能分析游道亮（江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330052）摘要：为了获取某轻卡货箱的静动态性能，采用有限元方法和Hypermesh软件对货箱的四种典型工况进行强度分析，强度性能分析结果表明其最大应力低于其材料许用应力，能够满足强度设计要求。

自由模态分析结果表明其一阶扭转频率和一阶弯曲频率分别为8.8Hz和33.6Hz，有效地避开了发动机怠速频率，满足模态设计要求。

刚度分析结果表明其扭转刚度值为 2.48E+4N*m/rad，大于目标要求值，能够刚度设计要求，因此其静动态性能均满足要求。

关键词：货箱；强度；模态；刚度中图分类号：TH242 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)20-100-03Static and Dynamic Performance Analysis of a Light Truck Packing BoxYou Daoliang（Product Development & Technology Center, Jiangling Motors Corporation Limited, Jiangxi Nanchang 330052）Abstract: Aiming at obtaining static and dynamic performance of a light truck packing box, the four typical conditions of the packing box was strength analysis by adopting finite element method and Hypermesh software, the strength analysis results showed that the maximum stress was less than the allowable stress of the material, it meet the strength design requirements. The modal analysis results showed that the first order torsional frequency and first order bending frequency were 8.8Hz and 33.6Hz, it could avoid engine idle frequency, so it meet the modal requirements. The stiffness analysis results showed that the torsional stiffness value was 2.48E+4N*m/rad, it could meet the stiffness requirements, so the packing box could meet the static and dynamic performance requirements.Keywords: packing box; strength; modal; stiffnessCLC NO.: TH242 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)20-100-03引言货厢是轻卡的主要组成部分，其主要用来装载货物，其主要由货厢底片、货厢横梁、货厢边板等组成。

10.16638/ki.1671-7988.2021.010.016某单排轻卡驾驶室正面碰撞安全性能仿真与试验研究陈明亮，林侦文，黄勤，张奇（江西五十铃汽车有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001）摘要：为验证某单排轻卡驾驶室正面碰撞安全性能是否满足国家法规及设计要求，文章采用了有限元方法，分析了某单排驾驶室正面碰撞安全性能，有限元仿真分析结果显示，驾驶员和副驾乘员具备充裕的生存空间。

而且在襄阳试验中心进行了实车正面碰撞试验，试验结果与CAE分析对标一致，假人放置主驾和副驾位置，未与其他部件干涉，因此该单排轻卡驾驶室正面碰撞安全性能满足法规和设计要求。

关键词：单排轻卡；驾驶室；正面碰撞；安全性能中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)10-58-03Simulation and Experimental Study on the Frontal Crash Safety Performanceof a Single Row Cab of Light TruckChen Mingliang, Lin Zhenwen, Huang Qin, Zhang Qi( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330001 )Abstract:In order to verify whether the frontal crash safety performance of a single row light truck cab meets the design requirements, In this paper, based on the finite element method, the crash analysis is carried out, the simulation results show that the driver and crew have plenty of living space. At the same time, combined with the real vehicle crash test, the test results show that there is plenty of living space for drivers and passengers, so the front impact safety performance of the single row light truck cab meets the requirements of laws and regulations and design.Keywords: Single row light truck; Cab; Frontal crash; Safety performanceCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)10-58-031 引言随着城市物流行业的快速发展，轻卡销量得到高速增长，但同时乘员的安全风险也日益严峻，需引起汽车生产厂家及全社会的共同关注和重视。