重型卡车车身轻量化水平研究

    0 引言

    目前汽车轻量化技术已经成为汽车技术发展中一个非常重要的研究课题。轻量化不是单纯的减轻质量，而是通过轻量化的方法在保证汽车使用性能满足要求的前提下提高整车的某些性能。最理想的轻量化设计是既能使汽车的各项性能满足要求，又能最大程度的降低汽车自重。研究探索一个能兼顾质量和性能的指标来评价汽车轻量化的程度是十分必要的。

    1 重型卡车车身轻量化系数定义

    为了对不同白车身的轻量化水平进行分析对比，本文采用轻量化系数进行评价指标，轻量化系数的计算方法见公式(1)。

    式（1)中的白车身质量m_Ger通过实际称重得到。白车身的扭转刚度C_t是评价白车身性能的重要指标，本文通过有限元方法计算得到。白车身空间需求A决定了车子的乘用空间，A等于车身4个悬置包括的面积。

    车身轻量化水平评价标准见表1。

    表1 车身轻量化系数评价标准

    2 车身轻量化系数计算

    用轻量化系数来评价两种车型白车身的轻量化水平，并对比其优劣，白车身分别命名为车型一白车身，车型二白车身。

    2.1 白车身质量

    车型一白车身和车型二白车身几何模型如图1、2所示，不带车门。通过实际称重，车型一白车身的质量为338Kg，车型二白车身的质量为393Kg。

    2.2 白车身扭转刚度

    通过有限元法计算白车身的扭转刚度，对上述两款车型的白车身进行有限元建模，如图3、4所示。通过调材料参数使得有限元模型中白车身的质量与实际称重的相符，增加仿真的准确性。

    扭转刚度计算的边界条件为：约束前后悬置处X/Y/Z3个方向的平动自由度；载荷施加在后悬置中心位置，大小为1000Nm。如图5所示。

    图5 扭转工况边界及载荷示意图

    在车身左右边梁上个各布七个测点，通过对有限元模型求解得到各测点的位移，然后根据扭转刚度计算公式求得白车身的扭转刚度。扭转刚度计算公式如下：

    其中M为施加的扭矩，Δφ为扭转角，ΔZ3和ΔZ5为位移最大两点的Z向位移值，L为位移最大两点之间的距离。

    车型一白车身的扭转刚度为59620Nm/°，车型二白车身的扭转刚度为63390Nm/°。