以轻量化为目标的汽车车身优化设计分析

王刚+++刘孝峰

摘 要：汽车的车身是车的外表，消费者根据车身的外观进行选择。一般情况下，对汽车的设计主要表现在汽车车身方面，因此对汽车车身的研究就相对多点。汽车车身在汽车上占有重要比例，仅车身质量就约占汽车总质量的五分之二。为了满足消费者的需求，在对汽车车身进行优化设计的时候，应当从轻量化入手。文章通过对汽车车身优化设计进行分析，并达到车身轻量化的目的。

关键词：轻量化；汽车车身；设计

随着社会经济的不断发展，汽车行业在我国市场上出现了蒸蒸日上的趋势。为了促进汽车行业更好的发展，应当对汽车车身的设计方案进行不断优化。通过优化设计从而达到提升汽车车身性能的目的，而汽车车身的性能主要由两个方面决定的，分别是整个车身结构的静态和动态特性，因此提升汽车车身的性能的实质就是对其静态和动态的特性进行分析并作出相应的轻量化设计方案。

1 汽车车身轻量化发展现状

世界上第一辆汽车诞生于1886年，到目前为止已经经历了一百多年的发展，汽车在现代社会中扮演着重要角色，成为人们生活中必不可缺的工具。随着人们的生活水平不断提高，对汽车的要求也愈来愈高，在满足人们最基本的需求上逐渐增加汽车的安全性、舒适度、轻量化、信息化等方面的要求。而这些要求中，汽车车身的轻量化是最为重要的，从而达到环保的目的。在影响汽车耗油量的因素当中，汽车轻量化在该方面就显得尤为突出，能够大大降低燃油的消耗量。另外，汽车车身的轻量化让驾驶者更便于操控汽车，并增加了操纵的稳定性，当发生碰撞的时候，汽车车身轻量化也保证了其安全性。

现代汽车对车身进行优化设计的时候应当着重考虑其轻量化。目前以轻量化为目标的汽车车身优化设计一般采用的是现代设计方案，或者是在保证汽车性能的条件下，对汽车大量使用轻质新型材料。这样设计出来的汽车就能达到轻量化的目的，同时降低了能源消耗，提高安全性及环保性等。

2 在汽车车身实现轻量化的过程中存在的问题

在对汽车车身进行优化设计的时候应当遵循一定的原则，保证汽车具有节能减排、低碳环保的功效，尽可能让汽车车身达到最大的轻量化。然而我国在以轻量化为目标的汽车车身优化设计过程中仍存在着一些技术方面的问题。其主要问题有以下几个方面：第一，车身是一个比较复杂的部位，其内部有着各种各样的材料，随着汽车使用年限增加，车身内部的这些材料就会出现疲劳失效的情况，这直接影响汽车的静态及动态特性，从而导致汽车的性能降低。国内对零件疲劳失效的准则并没有进行明确统一；第二，国内在轻量化材料方面取得了飞跃性的进展，尽管汽车车身轻量化的理念已经提出有一段时间，但是轻量化材料在汽车车身上的使用情况仍处于试制阶段，其主要原因是轻量化材料有优点和缺点，但是国内没有相关的规范对其进行评估；第三，国内在汽车车身轻量化方面并没有完整的理论体系，这就导致了汽车车身轻量化在国内实现的困难增加，我国应建立相关理论体系，并对通过研究进行不断完善，理论体系不应只考虑汽车的工艺、性能等目标，还应使汽车的安全性、舒适度等进行提升；第四，在目前汽车市场上，汽车车身大多都是低碳钢或高强度钢，使用轻量化材料的汽车相对较少，这就导致在汽车车身轻量化优化设计的方案有很多缺漏。第五，在汽车设计方面，大多数汽车仍采用的是传统设计方法，并没有引进先进的汽车设计理念，这就导致新型轻量化材料没有在汽车车身上应用的情况。

随着环境问题的日益严峻，这将导致汽车行业发展的速度缓慢，因此节能环保理念在未来汽车行业方面越来越重要。因此应当加强汽车车身的轻量化设计，在汽车质量减轻的同时，提升汽车的安全性及环保性。

3 汽车车身轻量化方法

3.1 汽车零部件轻量化的方法

为了达到汽车车身轻量化的目的，应当从其根本着手，实现汽车零部件的轻量化将对汽车车身的轻量化有着非常大的帮助。实现汽车零部件轻量化的方法大致可以分为四个方面。第一，汽车产业应当加强对汽车零部件设计的创新，实现汽车轻量化与安全性的结合。并增加驾驶的舒适度，使新型汽车车身与传统相比，更耐腐蚀，使用年限增加，在对汽车零部件设计创新的时候，也应当注意下生产时的成本问题，从而达到提高汽车零部件的设计水平的目标；第二，在对汽车零部件进行设计的时候，应当依据相关的准则，并对相关汽车零部件进行创新设计，在保持原本零部件性能不降低的情况下，尽可能将轻量化材料应用到汽车车身上，有的零部件相对较厚，这时候可以采用高强度的轻量化材料将其替代，从而在汽车零部件的材料方面达到汽车车身轻量化的目的；第三，在对汽车车身设计的时候，可以引进先进的制造工艺，从而最大程度上实现汽车车身轻量化。

3.2 基于设计的汽车轻量化方法

3.2.1 车身结构优化设计

通过一些相关资料来看，国外汽车行业的技术人员实现汽车车身轻量化主要是从开发技术方案及轻量化汽车结构形状入手。国外技术人员结合设计概念与理论，对设计方案进行创新；在对汽车结构形状进行设计的时候，有限考虑汽车内部空间结构，对其进行合理优化，使汽车内部的布局达到最佳状态，这样就能最大程度上减少汽车车身上的零部件，从而达到汽车车身轻量化的目的。

3.2.2 汽车实体结构布局设计

对汽车实体结构布局进行优化设计也能达到汽车车身有量化的目的。在進行汽车车身轻量化优化设计前，相关技术人员应先使用CAD软件对汽车的结构布局进行设计，通过在计算机上采用该方法来模拟实体汽车，从而达到对整个车辆分析的目的，在对汽车进行分析的时候，应当将其零部件的安置情况以及材料种类进行选取，确保设计出来的成果达到轻量化的目标。除此以外，在以上环节结束后，还应使用CAE技术对车身的情况进行分析，确保轻量化材料在汽车上能够达到各项指标。通过以上步骤来保证轻量化材料不会降低汽车性能的基础上替代原零部件，并在汽车上能够正常使用。

4 结束语

随着社会的不断发展，汽车在人们的生活中所占的地位也越来越重要，而汽车车身轻量化是未来汽车的发展趋势，因此汽车企业应当加强汽车车辆轻量化的优化设计。文章通过对汽车车身轻量化发展的现状进行了解，然后提出在这个发展过程中仍存在的一些问题，并对汽车车身轻量化优化设计进行分析。

参考文献

[1]宋凯，阳均，赵小羽，等.概念设计阶段基于混合元模型的纯电动铝合金汽车车身轻量化优化设计[J].机械科学与技术，2015，34（7）：1080-1084.

[2]王延安，赵长金.汽车车身轻量化设计的途径[J].安徽科技，2013（9）：44-45，46.

[3]胡朝辉，成艾国，陈少伟，等.多目标优化在新车型总体轻量化设计中的应用[J].中国机械工程，2013，24（3）：404-409.