基于正碰耐撞性的轿车车身概念设计及优化研究

摘要

随着汽车设计水平的逐步提高，汽车企业迫切需要缩短设计周期、快速推出新车型，以抢占细分市场，获取更大的利润。车身作为汽车四大总成之一，是保证汽车性能的主要载体，是汽车设计的重要组成部分。车身结构布置是在概念设计阶段确定的，因此研究车身概念设计的关键技术对于提高车身性能具有重要意义。结构耐撞性作为评价车身安全性能的重要指标，其设计的难度很大，在详细设计阶段修改的余地较小，因此如何在概念设计阶段即考虑车身的耐撞性能，对于提高整车性能，缩短设计周期具有重要的意义。
　　 本文提出了轿车车身概念设计的正、逆向设计流程。对逆向概念设计流程中的关键技术--接头的模拟、梁结构的模拟、刚度特性曲线的提取做了详细的介绍，通过对比车身简化模型与详细模型的弯曲、扭转刚度特性，验证了所建立模型的有效性；以验证的模型作为耐撞性分析的研究对象，对车身简化模型进行了100％正面碰撞仿真分析，并与详细模型碰撞结果对比，探讨了提高梁单元模型建模精度的方法。针对车身正向概念设计流程，首先通过拓扑优化技术，寻找最优化的车身结构布局；创建规则截面梁单元简化模型以快速构建拓扑结构；然后在静力加载工况下对简化模型进行尺寸优化设计，得到车身主要部件的初步尺寸，作为正碰仿真的基础；最后探讨了薄壁直梁件耐撞性概念优化设计方法，创新性地提出了应用响应面近似模型建立薄壁梁截面参数与刚度曲线特征点之间的非线性关系，作为耐撞性优化设计的模型，应用直接优化的方法，对吸能构件进行耐撞性优化设计，最终得到轿车车身概念设计的初步尺寸。
　　 研究结果表明：通过恰当的简化方法，可以建立高精度的梁单元简化模型，作为概念设计的研究对象，在概念设计初期进行各种优化设计工作；提出的正向概念设计流程，能够为车身结构设计提供较好的思路，便于寻找最优设计的方向，提出的以响应面近似模型进行优化的设计方法，很好地解决了薄壁梁构件耐撞性概念优化设计的难题。
　　 本文的研究为国内汽车企业开展概念设计工作提供了一定的参考，为提高我国汽车的车身设计水平开辟了一条新的思路。