李鹏

摘 要 轻卡在怠速工况时，由于道路崎岖、车身共振等因素，导致车窗发生较大的变形。针对此问题，本文对轻卡车身结构进行分析，并在分析的基础上，提出拓扑优化法，以此来达到车身轻量化的目标，希望可以促进轻卡车身的轻量化。

关键词 轻卡 车身结构 优化

中图分类号：U463.832 文献标识码：A

随着汽车工业的迅速发展，除了对汽车本身质量的要求外，人们更加重视汽车的舒适度、安全性，以及经济性。其中，车身的固有振动是衡量汽车安全性的主要指标，也是设计车身的重要参考因素。通常情况下，在车身轻量化设计中，为了提高汽车的舒适性、经济性，采用新材料或者重新设计车身结构的办法。但是，这两种办法都有一定的局限性，因此寻找出一种最佳的车身轻量化办法非常有必要。

1轻卡车身结构分析

在汽车工业中，轻卡车身结构具有很大的差异性，而且载荷的变化非常大，因此增加了建立计算模型的难度。在此基础上，为了使计算出的模型与工程的实际问题更加接近，需要对实际结构进行简化，使分析结果更准确。

在该轻卡车身结构中，主要的部件为车门、驾驶室前臂、地板、后围、顶盖等。以白车为研究对象，对车身刚度、模态进行分析。由于车门以及车身附件的影响比较微弱，因此可以忽略不计。一般情况下，该模型主要包括以下几部分。

（1）轻卡车身前围CAD模型。该模型结构包括风窗窗框、围板两个部分。其中， 风窗主要由风窗支柱、横梁组成。围板主要由围板支柱、板面组成。当风窗在扭转的工况下，需要承受一定的压力，因此必须保证风窗结构的强度达到标准。 （2）轻卡车身地板CAD模型。在汽车行驶的过程中，地板主要起到承载驾驶员重量，以及由于振动产生的载荷。因此，要求地板有较高的强度以及刚度，从而保证驾驶室的舒适度。另外为了保证纵梁的抗扭刚度，必须在保证横梁的连接。（3）轻卡车身顶盖与后围CAD模型。由于顶盖、后围的零件尺寸比较大，刚性比较差等原因，所以必须进行加筋或者折边处理。（4）轻卡车身侧围CAD模型。侧围的部件主要为：车门边框以及车门立柱。该模型对刚度、强度要求比较高。同时，因为侧围的结构比较复杂，因此在设计细节问题时，有必要采取简化的措施。比如：对门锁的设计。（5）轻卡车身整体CAD模型。以白色轻卡车身为例，该车身结构复杂，包括了轻卡车身的基本特征。其中，该车身的主要覆盖件为：前围与后围，顶盖，以及地板。

2轻卡车身的优化方案

轻卡在开发的过程中，存在刚度小以及模态频率低的问题，影响了汽车的整体性能。所以，必须对车身的结构进行优化。根据实际的优化经验，本文提出了拓扑优化方案，下面具体进行阐述。

以某车型为例，对车身的弯曲工况以及扭转工况进行分析。在分析的基础上，根据车身变形的具体情况，计算出实际的变形量，就可以得出车身拓扑优化的约束变量。

首先，针对弯曲工况，以300kg的荷载大小为例，在座椅安装直线、接近侧围的地方，集中加载负荷。其次，为了解决扭曲工况问题，将大小相同、方向相反的力施加到地板前面的两个支点上，从而加强车身的受力情况。通常情况下，力的大小为1000N。另外，需要在地板后面的支点上建立6个自由度约束。再次，对优化方案进行测试，不断优化参数，使方案更加合理、完善。另外，对优化的结果实施评价与分析，从而完成对优化过程的有效控制。只有这样，才能取得满意的成果。

在拓扑优化办法下，取得了一定的成绩。其中，扭转工况的拓扑结果为：车身后围与顶盖的拓扑结构呈现为“人”字形，地板为“€住毙巍8猛仄私峁咕哂屑虻ァ⒑侠淼奶氐恪M保谑导食刹讨泻苋菀资迪帧A硗猓淝た龅挠呕峁和仄诵巫匆粤讲唷⒃睾煞较颍瓿上呱霞小A硗猓猛仄私峁褂氲鼻俺瞪淼募忧拷畈贾梅浅=咏？梢钥闯觯谕仄擞呕峁瓜拢钩瞪淼母斩让挥蟹⑸魏伪浠⑶壹跣×顺瞪淼闹柿浚佣诤艽蟪潭壬鲜迪至饲峥ǔ瞪淼那崃炕虼烁糜呕桨冈诟慕瞪斫峁怪校哂泻艽蟮挠攀谱饔谩？

3轻卡车身加强筋布置方案

以上结果显示，优化后的拓扑结构与加强筋非常相似。同时，由于车身工况、座椅安装线，以及地板两侧的安装线采用纵向、横向的布置方式，单元密度比较大，所以与车身地板加强筋也比较类似。针对以上两种工况的优化结果，在设计结构的过程中，可以采用加强筋的布置方式来改善设计方案，达到提高车身扭转强度的目的。

4结语

随着社会经济的不断发展，人们对轻卡车的性能要求不断增加，特别是对车的舒适度、经济性，以及安全性要求越来越高。同时，轻卡车身结构存在刚度不足、以及模态频率不高的问题，影响了汽车的整体性能。因此，本文对轻卡结果进行分析，并提出具体的拓扑优化方案，实践证明该方案取得了显著的成效，促进了汽车结构性能的改善，因此值得在设计中推广。

参考文献

[1] 李学修.轻卡车身模态分析及其结构优化[J].上海交通大学，2014（12）.

[2] 黄虎，刘长虹.基于试验设计分析方法的轻卡车身结构优化[J].合肥工业大学，2013（05）.