汽車碰撞安全，輕量化設計的案例
汽車碰撞安全與輕量化研發(fā)中的若干挑戰(zhàn)性課題
摘 要：汽車結(jié)構(gòu)與動力電池的碰撞安全性是開發(fā)輕量化、電動化汽車的強制性要求和關鍵的基礎性支撐技術。面向汽車輕量化、電動化和智能化的研發(fā)需求，本文通過若干典型課題，介紹并論述汽車碰撞安全性研發(fā)的技術挑戰(zhàn)。主要內(nèi)容包括：采用夾層式汽車前艙罩蓋技術滿足汽車吸能位移限定下的行人頭部碰撞響應控制；面向復雜道路交通事故工況和多樣化人體特征，解決強非線性條件下的自適應智能乘員保護系統(tǒng)優(yōu)化設計難題；研究車用動力電池碰撞下的內(nèi)短路失效機理，并建立能準確預測電池變形響應的數(shù)值模型及碰撞安全評估方法；解決材料沖擊測試中動態(tài)力測量信號的振蕩問題，建立復雜應力和沖擊載荷下輕質(zhì)高強材料及復合連接接頭的大變形失效斷裂預報方法及仿真模型。
關鍵詞：汽車安全；汽車輕量化；動力電池碰撞安全；行人碰撞安全；智能乘員碰撞保護
1 引言
以輕量化和電動化為主導的汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級是實現(xiàn)《中國制造2025》目標的重要內(nèi)容。汽車的小型化、輕量化、電動化和智能化給汽車碰撞安全性設計提出了更大的技術挑戰(zhàn)。
展開 汽車側(cè)面碰撞試驗B柱耐撞性能優(yōu)化及輕量化設計
摘要：為提高汽車碰撞后側(cè)面的安全性，對汽車B柱進行耐撞性能優(yōu)化及輕量化設計。利用Hypermesh軟件劃分車輛網(wǎng)格，建立汽車有限元模型。采用LS-DYNA軟件分析優(yōu)化結(jié)果，通過B柱加強版進行總成集合化處理，從而實現(xiàn)B柱加強板總成屬性轉(zhuǎn)移。采用CAE軟件進行仿真實驗，確定2k因子對性能造成影響的關鍵與非關鍵因素,通過B柱熱成型優(yōu)化設計提高車輛輕量化效果。實驗結(jié)果表明：應用該方法優(yōu)化后，車輛B柱輕量化比基礎模型升高了15.4%，車輛整體質(zhì)量減輕了19%以上。通過對汽車側(cè)面碰撞試驗B柱進行耐撞性能實驗，可知汽車B柱幾乎沒有發(fā)生變形，車廂內(nèi)假人胸腔未出現(xiàn)損傷。
關鍵詞：側(cè)面碰撞；B柱；耐撞性；輕量化；優(yōu)化；CAE分析
隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹饕煌üぞ遊1-2]。伴隨著市場需求與相關法規(guī)對汽車碰撞安全性能要求逐年提升，車身質(zhì)量隨之增加。
汽車的側(cè)面位置是整車中最薄弱的部分，其可以分散沖擊力的部件極少，一旦發(fā)生碰撞，將給乘坐人員生命安全造成極大的威脅。門檻梁總成與A柱、B柱、C柱、前門及后門是轎車側(cè)圍的主要部件，其中B柱作為車身側(cè)面主要承力部件，在汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時，不但要承受巨大的沖擊力還需要給車門與車欄等部件提供支撐[3-4]。同時，影響乘坐人員安全性的關鍵指標是B柱的入侵速度與入侵量[5-6]。由此可知，提高側(cè)面碰撞時汽車的安全性，首先要增強B柱的耐撞性。
我國自20世紀80年代開始對汽車側(cè)面碰撞進行研究，研究方向為改進門欄梁厚度、多角度改進B柱的受力結(jié)構(gòu)。本文從提高汽車B柱耐撞性、汽車輕量化設計兩個方面對汽車車體進行優(yōu)化設計，從而提高汽車安全性。
展開 基于概念設計的汽車輪轂輕量化設計
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設計階段對汽車輪轂進行結(jié)構(gòu)尋優(yōu)。用拓撲優(yōu)化技術作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優(yōu)化方法的汽車輪轂概念設計數(shù)學模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設計有限元模型，然后引用折中規(guī)劃法解決多工況問題，在Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件中建立汽車輪轂的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)；利用拓撲優(yōu)化技術在hyperworks軟件OSSmooth模塊構(gòu)建了3種輪轂的創(chuàng)新型拓撲結(jié)構(gòu)，分別將3種不同的拓撲結(jié)構(gòu)導入CAD軟件進行二次設計，對二次設計后的新型輪轂進行有限元分析。結(jié)果表明：在滿足材料許用應力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質(zhì)量比原輪轂減小12.2%。
關鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優(yōu)化；輕量化
0 引言
節(jié)能減排已成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，汽車輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的最佳途徑，合理的結(jié)構(gòu)設計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩(wěn)定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結(jié)構(gòu)輕量化技術發(fā)展迅速，國內(nèi)很多學者根據(jù)有限元仿真技術對汽車現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，雖然達到了較好效果，但忽略了結(jié)構(gòu)的概念設計階段。
概念設計作為機械產(chǎn)品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產(chǎn)品的功能要求。相對于中后期的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，早期的設計成本更低，設計自由度更高。通過概念設計階段科學的分析計算，建立較為理想的設計模型，減少了設計中后期因為改進需要進行的大量反復修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
展開 歐盟開發(fā)出石墨烯增強汽車輕量化材料，更輕更強更安全！
英國桑德蘭大學（University of Sunderland）的科學家承擔著10.11號課題——歐盟石墨烯旗艦計劃的一部分——汽車復合材料。該項目正在探索如何利用石墨烯為汽車市場打造更輕，更強，更安全，更節(jié)能的部件。
由桑德蘭大學領導這個小組由意大利、西班牙和德國的研究機構(gòu)等五個研究合作伙伴組成，由過去兩年來一直在菲亞特克萊斯勒汽車公司的支持下進行一系列測試。 他們將石墨烯嵌入聚合物中，與傳統(tǒng)的碳纖維或玻璃纖維等結(jié)構(gòu)材料混合，作為汽車的保險杠材料進行測試，通過添加石墨烯，可以減小結(jié)構(gòu)部件的厚度。
該小組指出：“我們在第一階段發(fā)現(xiàn)的結(jié)果很不錯，我們?nèi)〉昧吮任覀冾A期的更多的成就。添加了石墨烯的復合材料非常輕、非常堅固，我們所做的沖擊測試結(jié)果顯示比傳統(tǒng)復合材料可以多吸收40％的能量。并且，該材料也更穩(wěn)定，當受到?jīng)_擊時，它的斷裂過程是受控的，能以受控的方式吸收能量。我們在開始的時候就預料到了這一點，但沒想到結(jié)果會如此好。“
“在石墨烯和聚合物之間取得適當?shù)钠胶馐侵陵P重要的。復合材料不能太弱，或太強，以至于碰撞時不能吸收能量。現(xiàn)代汽車的設計是為了防止乘客墜毀，而太結(jié)構(gòu)復雜的復合材料會將能量傳遞給乘客，從而危及他們的安全。我們現(xiàn)在有一個很好的統(tǒng)一分散，但這不是一件容易的事情。我們需要做到輕量級同時保證安全“。
該團隊已經(jīng)與歐洲一家汽車制造商及其一級供應商進行了會談，據(jù)報道他們對這項工作及其未來的應用非常感興趣。
來源：新材料技術前沿
傳播最新最全的材料科學技術，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機械加工、粉末冶金、表面處理技術、熱處理、3D打印技術等相關材料科學技術。提供各種材料科學的視頻課程、新技術、專家答疑。
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新材料技術前沿
展開 
電動汽車電機懸置框架的安全性能和輕量化研究
從分析結(jié)果來看，方案四（前、后橫梁厚度3.4mm，小縱梁厚度3.2mm）的侵入量和壁障罰分是最優(yōu)的組合。方案四的整車加速度為34.1g；發(fā)動機艙變形如圖5所示，吸能盒正常潰縮；左前縱梁前段壓潰良好，后段在折彎點處折彎變形；框架上的電器件與周邊無明顯擠壓，蓄電池和線束無起火風險。經(jīng)過優(yōu)化后的鋁合金框架整體重量為4.2kg，重量較鋼質(zhì)材料減輕了2.8kg。
4結(jié)論
本文研究了某SUV電動汽車電機懸置框架的結(jié)構(gòu)和布置設計，并通過CAE分析進行設計優(yōu)化，提高安全性和實現(xiàn)輕量化。
①上掛式的左右懸置和嵌入式后懸置的布置方式對MPDB的電安全性改善明顯；框架橫梁的跨度建議在300mm左右，減小跨度可增加縱梁的壓潰吸能空間，有利于縱梁壓潰變形。
②鋁合金材料框架的MPDB碰撞性能優(yōu)于型鋼材料框架，并且鋁合金框架的整體重量減輕了2.8kg，輕量化效果顯著。
展開 都在標榜輕量化，那汽車輕量化是否大勢所趨？
與其增加電池來提升新能源汽車的續(xù)航里程，不如把輕量化技術進行到底，在新能源汽車上盡可能使用，從而增加續(xù)航里程。因此，輕量化技術在新能源汽車發(fā)展中有著重要地位。
雅斯頓小結(jié)
雖然汽車輕量化會使汽車的售價有所提高，但能買來動力性能更強大，安全性能更高以及更環(huán)保的汽車，相信消費者也是明白事理，愿意為此埋單。
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展開 鋁合金在汽車輕量化中的應用：仿真引領汽車設計
全面部署仿真 App 后，腐蝕工程師可以為設計人員提供更詳實的理論依據(jù)，并明確指出腐蝕產(chǎn)生的位置和原因。
“我們的下一階段目標是讓 ALTec 成員能夠在仿真 App 中選擇汽車的裝配位置，這款專業(yè)的預測工具可以幫助他們更加準確地表征模型中的電解質(zhì)。COMSOL Server 開啟了近乎無限的可能性，卓越的靈活性使其能夠輕松適應客戶的具體需求。”Gallant 評論道。
在輕量化設計中獨占鰲頭
多物理場仿真和仿真 App 降低了在設計進程中選擇合適材料和幾何結(jié)構(gòu)的難度，為推動鋁材料在新型輕量化設計中的應用提供了有力的支持。加拿大國家研究院的研究團隊及其行業(yè)合作伙伴將不懈地致力于鋁合金制造業(yè)的技術革新，推進鋁合金在汽車輕量化設計中的應用，進而為整個汽車行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。
來源：COMSOL
展開 2024第十七屆國際汽車輕量化大會暨展覽會的通知|汽車輕量化
2024第十七屆國際汽車輕量化大會暨展覽會的通知|汽車輕量化
中國汽車工程學會、江蘇省科學技術協(xié)會、汽車輕量化技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（以下簡稱“輕量化聯(lián)盟”）和揚州市人民政府將于 2024年10月9-11日 在 江蘇省揚州市 國際展覽中心舉辦 2024（第十七屆）國際汽車輕量化大會暨展覽會 （以下簡稱“大會”）
李先生編寫 152/1006/3431
主辦單位
中國汽車工程學會、江蘇省科學技術協(xié)會、汽車輕量化技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、揚州市人民政府
協(xié)辦單位
江蘇省汽車工程學會、電動汽車產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、揚州市人才辦、揚州市科學技術協(xié)會、揚州市科技局、揚州市工信局、揚州經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、揚州大學機械工程學院、云江（浙江）汽車技術有限公司
戰(zhàn)略合作單位
中信金屬股份有限公司、育材堂(蘇州)材料科技有限公司、湖北博士隆科技股份有限公司
承辦單位
國汽輕量化（江蘇）汽車技術有限公司、國汽（北京）汽車輕量化技術研究院有限公司、恒興國際會展集團有限公司、中信金屬股份有限公司（車身會議）
支持單位
中國汽車工程學會汽車材料分會、國家新能源汽車技術創(chuàng)新中心、溫州（瑞安）智能汽車零部件工程師協(xié)同創(chuàng)新中心、日本汽車復合材料學會、上海汽車工程學會、安徽省汽車工程學會、河南省汽車工程學會、黑龍江汽車工程學會、陜西省汽車工程學會
支持媒體
光明網(wǎng)、中國汽車報、汽車工程、汽車之友、汽車工藝與材料、中國汽車材料網(wǎng)等
展開 大眾汽車（VolksWagen） 基于HyperWorks的汽車輕量化設計技術
行業(yè)：汽車
挑戰(zhàn)：基于復合材料的 B-柱設計
Altair 解決方案：復合材料設計和優(yōu)化，在滿 足零部件輕量化設計要求的 前提下，盡可能提高零部件 性能
優(yōu)點：縮短研發(fā)周期 ； 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計
背景介紹
在汽車研發(fā)的領域，輕量化設計早已成為整車產(chǎn)品開發(fā)的主要潮流。輕量化設 計，意味著更少的材料使用、更輕的車身重量、更少的CO2排放。歸功于使用輕量 化設計技術獲得的新一代車身，汽車成本效率得到了大幅度的提升，同時車輛的可操控性也顯著增強。
通常，在這一領域，新材料的應用是創(chuàng)新設計的主要源泉。近些年來，使用鋁 制零部件取代傳統(tǒng)的鋼制零部件，為汽車企業(yè)節(jié)約了大量的材料。但是尋找質(zhì)量更輕、性能更好的材料的研究始終沒有停止。
在最新的研究成果中，復合材料已經(jīng)在汽車零部件輕量化設計中嶄露頭角。但 是直到最近，復合材料的應用仍然局限于汽車的非承重零部件和非安全相關零部件。
今天，越來越多的汽車廠商開始對復合材料在承重零部件上的應用的可行性進 行探索。因為復合材料的固有特性與金屬材料有很大不同，因此需要一套全新的產(chǎn)品開發(fā)流程。
大眾汽車研究中心近期開展了一項研究，其核心目標是在傳統(tǒng)的B-柱設計中引入復合材料材質(zhì)，以期在合理的制造成本內(nèi)，獲得質(zhì)量更輕，性能更好的B-柱設計 方案。這個項目是與Altair公司產(chǎn)品咨詢團隊（AltairProductDesign）合作并運用HyperWorks軟件完成的。
解決方案
大眾汽車復合材料優(yōu)化設計
大眾汽車對復合材料在汽車承重零部件中的應用起始于某鋁制B-柱結(jié)構(gòu)。該部件使用額外的鋼制及鋁制零部件進行 了加強。
展開 新能源汽車碳纖維復合材料車門輕量化設計
摘 要：以某款新能源汽車的鋼制車門為分析對象，借助HyperWorks有限元軟件，對車門進行靜力學和模態(tài)性能分析。以分析結(jié)果為參考，采用等質(zhì)量替換法，建立碳纖維復合材料車門的有限元模型。以復合材料車門質(zhì)量最小化為目標函數(shù)，靜態(tài)性能為約束條件，進行了自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、鋪層順序優(yōu)化。對優(yōu)化結(jié)果規(guī)整后進行性能驗證。結(jié)果表明，獲得的優(yōu)化方案在滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設計。
關鍵詞：新能源;碳纖維復合材料;HyperWorks;拓撲優(yōu)化;輕量化;
0 引言
汽車輕量化是在保證其基本的使用性能、安全性和其成本控制要求的前提下，從結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面，應用新設計、新材料、新技術來實現(xiàn)對汽車整體的減重，以完成汽車向“低能耗”、“低排放”的轉(zhuǎn)變。材料輕量化是實現(xiàn)車身輕量化設計的主流方向之一。作為車身的關鍵部件之一，車門需要保證足夠的剛度、強度，從而使整車具有良好的安全、振動噪聲和耐久性能。碳纖維增強復合材料以其優(yōu)異的綜合性能、高比強度和比模量和靈活的可設計性在眾多新型輕量化材料中脫穎而出。碳纖維增強復合材料的密度僅為鋼材密度的20%，鋁合金密度的60%，其應用可以使車身減輕30%～60%[1]，其質(zhì)量僅為鋼的1/4，強度則是鐵的10倍[2]，是一種理想的輕量化替換材料。陳靜等[3]的研究表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的碳纖維材料電池箱在質(zhì)量減少的同時，提高了剛度和模態(tài)頻率；陳偉[4]將碳纖維材料引入汽車B柱支撐板，在確保碰撞性能的情況下減重55%。商業(yè)領域中，碳纖維材料已經(jīng)大量應用在寶馬、奧迪等量產(chǎn)車型的車身結(jié)構(gòu)中[5]；薛嬌[6]基于傳統(tǒng)金屬材料的汽車B柱，使用等代設計的方法將原有的金屬材料替換成碳纖維復合材料，并在有限元軟件中進行仿真分析。
展開 HP-RTM技術用于汽車輕量化設計
通過使用克勞斯瑪菲的技術，能夠使注射速度達到10-200g/s，取決于樹脂系統(tǒng)以及部件的尺寸和工藝設計。在一個閉環(huán)過程中，對樹脂和固化劑進行精確計量，并在高壓下進行混合，得到反應性混合物。
高壓計量使得注射時間更短，并提高了預制件的浸潤度，因而能以較短的固化時間來處理樹脂系統(tǒng)。這帶來了更短的生產(chǎn)周期和更高的成本效益。此外，這還提供了額外的好處，比如，能在保持出色的表面品質(zhì)的同時獲得更低的孔隙度。而對溫度的精確控制則能進一步縮短加工周期，并從特殊RTM樹脂體系中獲益。
采用克勞斯瑪菲的高壓混合頭消除了耗費成本的停工時間，也無需使用清洗傳統(tǒng)低壓混合頭時所需的特殊材料。這種混合頭具有自清潔能力，因此能在大批量生產(chǎn)時表現(xiàn)出突出的能效優(yōu)勢，它的這種優(yōu)勢已經(jīng)在多種量化生產(chǎn)中得到了驗證。
通過脫模劑供料塊，能夠?qū)⒐に囁璧拿撃┲苯右刖o湊的自清潔克勞斯瑪菲高壓混合頭，并且，即使在最低劑量（如0.1 g/sec）時，仍具有極高的準確性和工藝可靠性。具有高精度、高重復性的脫模劑計量對于可靠地實施下游工藝來說無疑是非常必要的。
修整
修整是工藝鏈最后步驟的其中一環(huán)。包括部件的外廓修邊，增加安裝孔和嵌件開孔。用銑刀進行的修整采用的由克勞斯瑪菲開發(fā)的定制化解決方案。可以采用自動化切割臺或手提式切割機。工具的選擇主要取決于部件的尺寸和復雜程度。機器人被用于在工藝步驟之間進行零部件的處理。
HP-RTM交鑰匙車間
迪芬巴赫、克勞斯瑪菲，以及弗勞恩霍夫化學技術研究所（ICT）和LCC Munich之間的合作，使得從單一供應源進行HP-RTM工藝交鑰匙解決方案的全球交付成為可能。
展開 
汽車前軸鍛件輕量化設計方法
節(jié)能環(huán)保、安全智能是當前汽車技術的發(fā)展趨勢，主機廠采取的最有效的應對措施是輕量化設計，而前軸作為汽車上最大的鍛件，其結(jié)構(gòu)輕量化對整車減重具有顯著的貢獻。
早期由于國內(nèi)缺乏相關的研發(fā)能力，前軸鍛件產(chǎn)品均從國外引進，如斯太爾、曼、日產(chǎn)153、五十鈴等，國內(nèi)以此為基礎平臺，通過對比修改，衍生出一系列前軸鍛件產(chǎn)品。但由于缺乏有效的模擬分析手段和足夠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，大多數(shù)設計師都過度依賴安全系數(shù)，導致前軸鍛件在設計階段就存在肥大、厚重的現(xiàn)象。此外，在樣件做臺架試驗時，如果出現(xiàn)前軸斷裂，往往傾向于增大前軸截面或更換材料來提升疲勞壽命，進一步加劇了前軸鍛件肥大超重的現(xiàn)象。與國外同噸位產(chǎn)品對比，這一現(xiàn)象十分顯著（表1）。
表1 國內(nèi)外前軸鍛件對比
表中選取7.5t和6.5t兩個典型平臺產(chǎn)品，通過對比可見，在同等載荷、同等材料的條件下，國內(nèi)6.5t前軸產(chǎn)品比國外重約10kg，而7.5t前軸產(chǎn)品比國外重了20kg左右。
三環(huán)車橋作為國內(nèi)最大的前軸鍛件專業(yè)化生產(chǎn)廠家，鍛件毛坯品種多達150種，產(chǎn)品已大批量出口德國、美國、日本、印度等十幾個國家，因此前軸鍛件的輕量化設計具有顯著的經(jīng)濟效益和深遠的戰(zhàn)略意義。
公司通過自主設計和對比國外同類產(chǎn)品，形成了汽車前軸鍛件輕量化的設計方法，并成功為國內(nèi)外主機廠提供了近十個輕量化平臺產(chǎn)品，這些產(chǎn)品較之前產(chǎn)品重量減輕了8～15kg，且疲勞試驗及性能試驗全部通過驗證。
前軸鍛件結(jié)構(gòu)受力分析
前軸作為安保件，在結(jié)構(gòu)設計上要求強度有一定的富余，但是對大多數(shù)設計者來說，要得出準確有效的安全系數(shù)，并不是一件容易的事情，這里以6.5t前軸為例，通過分析其受力情況，給出一般的分析方法。
將前軸按一維梁處理，不考慮局部細節(jié)，將截面簡化為標準的工字梁截面，不考慮拔模和圓角，并將截面的上下邊界視為平面。
展開 汽車B柱輕量化設計研究
基于純電動汽車安全及續(xù)駛里程需求，輕量化設計被擺在突出的位置， 而單純追求車身輕量化可能會降低汽車的碰撞安全性。
而先進高強度鋼熱成型技術在汽車領域的應用，可以很好的解決汽車輕量化后仍能保持良好的防碰撞性能的問題， 而且成形后的零件具有基本無回彈、精度高、成形質(zhì)量好等優(yōu)點 。
目前熱成型沖壓件在車身的應用主要集中在Ａ柱、B柱、C柱、門防撞板、前后防撞梁、中通道、縱梁、門檻、儀表板橫梁等， 其中以B柱應用最為廣泛 。
1.
展開 汽車輕量化設計：為行業(yè)節(jié)能減排減負
近年來隨著人類社會發(fā)展, 能源危機、環(huán)境污染、交通擁堵等問題日趨嚴峻, 對汽車行業(yè)的低碳發(fā)展、節(jié)能減排的要求愈發(fā)迫切，因此節(jié)能技術已經(jīng)成為了一個老生常談的話題。為此，很多品牌將新能源作為汽車行業(yè)節(jié)能減排的最優(yōu)選項，在電動化的賽道上一往無前，儼然變成了一場對電動車的“豪賭”。
但其實對節(jié)能減排的解決方案絕不能把寶都押在新能源汽車上，而同時應該在車輛節(jié)能技術上尋求突破，傳統(tǒng)汽車的節(jié)能減排戰(zhàn)略也是我們必要的考量、重要的支撐。
在此發(fā)展背景下，汽車輕量化成為行業(yè)節(jié)能減排的核心驅(qū)動力，通過各種先進的設計盡可能去降低汽車的整備質(zhì)量，提高汽車的動力性能以及燃油經(jīng)濟性，從而達到減少燃料消耗、降低廢氣污染的目的。因此，汽車輕量化趨勢就是汽車節(jié)能減排趨勢，是世界汽車發(fā)展的潮流與設計的方向。
當然了，輕量化的前提是保證汽車的安全性和舒適性。在不犧牲任何安全性和舒適性的前提下，依靠新技術新材料來達到最終輕量化的目的，其途徑一般有、“結(jié)構(gòu)輕量化”、“工藝輕量化”、“材料輕量化”三種，今天意柯那就和大家來細細聊一下這些未來汽車行業(yè)的“突破口”！
結(jié)構(gòu)輕量化主要是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，即通過采用先進的優(yōu)化設計方法和技術手段，在滿足結(jié)構(gòu)強度、剛度、模態(tài)、碰撞安全性、疲勞壽命、NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）、生產(chǎn)成本等諸多方面的性能要求，以及相關的法律、法規(guī)、標準的前提下，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高材料的利用率，去除零部件冗余部分，同時又使部件薄壁化、中空化、小型化、復合化以減輕質(zhì)量，實現(xiàn)輕量化。
回歸到汽車設計的層面上，我們可以根據(jù)設計變量及優(yōu)化問題類型的不同，采用拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化四種方式，在保證車身安全的前提下，使得結(jié)構(gòu)受力更加均勻，從而更加充分地利用材料。
展開 汽車底盤懸架關鍵部件輕量化設計分析
1.底盤懸架概述
底盤懸架是彈性連接車輪和承載系統(tǒng)的裝置，其作用不僅有衰減振動、傳遞載荷，還有緩和沖擊，另外，對處于行駛狀態(tài)的汽車而言，底盤懸架往往可用來調(diào)節(jié)車身位置，避免安全事故出現(xiàn)。
現(xiàn)將其核心功能概括如下：①向車架傳遞車輪受路面作用所產(chǎn)生應力，如支承力、制動力、驅(qū)動力和側(cè)向反力，當然，上述應力帶來的力矩同樣經(jīng)由底盤懸架向車架進行傳遞，這點易被忽視；②緩沖并吸收不平路面給行駛中汽車帶來的沖擊、振動，為車載貨物的安全性提供保證，乘坐體驗也會得到一定程度優(yōu)化；③確保車輪和車身的關系始終滿足動態(tài)幾何特征，具體來說，就是車輪按照特定規(guī)律跳動，車身自然可以按照預期軌跡運動。現(xiàn)有汽車的底盤懸架，以非獨立懸架較為常見，該懸架主要分為兩部分，由穩(wěn)定桿、減振器等部件組成的前懸架以及由緩沖塊、平衡軸等部件構(gòu)成的后懸架，其中，后懸架結(jié)構(gòu)以平衡結(jié)構(gòu)為主。
2.輕量化設計探究
2.1 優(yōu)化策略
要想使底盤懸梁達到輕量化設計所提出的要求，有關人員應著重考慮結(jié)構(gòu)、工藝及材料的優(yōu)化，以下將逐一對其進行介紹，希望能夠給人以啟發(fā)。
2.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
對于底盤懸架而言，結(jié)構(gòu)優(yōu)化既能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化設計目標，又可使零件質(zhì)量與成本處于平衡狀態(tài)。在計算機技術滲透到各行各業(yè)的當下，利用計算機對結(jié)構(gòu)進行仿真設計和優(yōu)化成為大勢所趨。隨著尺寸優(yōu)化及形狀優(yōu)化手段被引入，汽車業(yè)可在成本維持不變的前提下，盡量降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。經(jīng)由CAE 確定材料密度分布優(yōu)化方向，得出符合扭力梁主體需求的方案，通過對尺寸加以優(yōu)化，掌握結(jié)構(gòu)、管梁厚度的最佳參數(shù)，可使汽車質(zhì)量顯著降低，這也是輕量化設計被提出的初衷。
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