汽車(chē)主關(guān)結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)優(yōu)化與分析

張執(zhí) 張一

摘? ?要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶動(dòng)了人們生活模式的不斷完善與優(yōu)化，汽車(chē)作為人們?nèi)粘Ｉ钪凶顬橹匾拇焦ぞ咧饾u得到普及。本文分析汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)架等汽車(chē)主關(guān)結(jié)構(gòu)模塊的構(gòu)造與特點(diǎn)，探究發(fā)展的新趨勢(shì)進(jìn)而明確設(shè)計(jì)優(yōu)化重點(diǎn)，制定結(jié)構(gòu)改進(jìn)的對(duì)策及手段，對(duì)于汽車(chē)行業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)具有重要的價(jià)值與意義。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)? 車(chē)架? 設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：U467? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（c）-0100-02

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)架等主關(guān)結(jié)構(gòu)模塊是組成汽車(chē)的重要部件。在汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要基于最優(yōu)化設(shè)計(jì)理念與計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，應(yīng)用最優(yōu)化原理與方式，通過(guò)人機(jī)搭配以及自動(dòng)化設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助之下確定最佳的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)最優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提升汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及車(chē)架的整體性能水平，增強(qiáng)汽車(chē)在高負(fù)荷條件下的使用特性，還可以降低汽車(chē)的整備質(zhì)量和成本，進(jìn)而提高整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性。

1? 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵模塊

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)涉及到諸多的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，在設(shè)計(jì)中變化條件較為復(fù)雜，會(huì)受到各種不確定性因素的影響。為了能夠更好地降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗、減少污染，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免過(guò)多的無(wú)用功消耗、有效控制汽車(chē)尾氣的排放，因此需要對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分析過(guò)程中，選擇最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)，提升契合動(dòng)力配置，達(dá)到優(yōu)化燃油利用率的目的。

發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是以發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造為基礎(chǔ)，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，提升發(fā)動(dòng)機(jī)整體的適用性。充分利用CAD/CFD軟件的模擬仿真功能，通過(guò)邊界元法及函數(shù)優(yōu)化的方式進(jìn)行處理，分析優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿外廓，在可靠的有限元方法基礎(chǔ)上優(yōu)化較為復(fù)雜的三維連桿外形，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效優(yōu)化。

在組建汽車(chē)主關(guān)結(jié)構(gòu)模塊時(shí)，需要優(yōu)化汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程。重點(diǎn)是對(duì)噴射位置、氣管以及燃燒室輪廓等幾個(gè)部位進(jìn)行分析優(yōu)化。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噴射過(guò)程中，要通過(guò)電子技術(shù)進(jìn)行管控分析，精準(zhǔn)確定并調(diào)節(jié)燃油供應(yīng)，進(jìn)而綜合分析氣缸缸體內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，確定燃燒室內(nèi)燃油的排布，以達(dá)到降低排放污染的效果。

2? 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)手段

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

通過(guò)多種技術(shù)組合方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析優(yōu)化。通過(guò)電控噴射技術(shù)、廢氣循環(huán)技術(shù)、高效增壓中冷技術(shù)、多氣門(mén)技術(shù)以及廢氣旁通技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)改進(jìn)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射時(shí)間、噴射位置、區(qū)域及方式的智能化控制，提升燃油的理想霧化狀態(tài)，提高燃油熱效率，達(dá)到改善汽車(chē)動(dòng)力性、降低有害物質(zhì)微粒排放的目的。

2.2 發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理技術(shù)

分析發(fā)動(dòng)機(jī)的排放過(guò)程，改善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)也是一項(xiàng)較為關(guān)鍵的工作。為此要利用廢棄后處理凈化技術(shù)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析優(yōu)化。大力發(fā)展三元催化轉(zhuǎn)化器、微粒捕集器、氧化催化轉(zhuǎn)化器等技術(shù)手段。在不影響或降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率的同時(shí)，優(yōu)化排氣系統(tǒng)凈化裝置的安裝距離，通過(guò)物理以及化學(xué)的手段進(jìn)行污染物處理。

2.3 復(fù)合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用

在汽車(chē)保有量不斷增大的大趨勢(shì)下，要探究如何合理降低燃油消耗，減少污染物排放的技術(shù)手段。制定未來(lái)汽車(chē)的燃油消耗指標(biāo)以及新型汽車(chē)發(fā)展計(jì)劃，通過(guò)柴油機(jī)復(fù)合動(dòng)力技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化，是今后汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)。

2.4 燃料電池技術(shù)的推廣

為了實(shí)現(xiàn)零排放的發(fā)展目標(biāo)，采用燃料電池作為主要的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是今后汽車(chē)動(dòng)力的發(fā)展重點(diǎn)。在不久的將來(lái)，燃料電池技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展。

2.5 新材料、新技術(shù)的應(yīng)用

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的材料及制造方法的優(yōu)化過(guò)程中，要合理應(yīng)用多種新型材料，達(dá)到降低發(fā)動(dòng)機(jī)自重，提高發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度的目的，這也是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的有效路徑。在今后的發(fā)展中，塑料油箱、塑料風(fēng)扇、塑料缸蓋以及新式橡膠密封墊等新部品也會(huì)陸續(xù)被投入到發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造中。

2.6 CAE在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

將CAD與CAE有效融合，利用CAE分析生產(chǎn)與制造成本，完善尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)沖壓件延展后的外形尺寸的乘積計(jì)算，分析并確定最小使用值。通過(guò)優(yōu)化軟件進(jìn)行仿真模擬輔助分析，為獲得最小的成本參數(shù)，可以通過(guò)減少部品厚度，提升沖壓件設(shè)計(jì)圓角半徑等方式達(dá)到修繕邊緣位置的效果。對(duì)鈑金沖壓件及其加工工藝進(jìn)行分析，因無(wú)法了解坯料外廓形狀進(jìn)而分析拉延件起皺等問(wèn)題，故采用CAE進(jìn)行相關(guān)分析，快速查找拉延成型的因素，加快沖壓件開(kāi)發(fā)進(jìn)度。在計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助支持下，利用有限元分析判斷沖壓件合格與否，分析確定沖壓工作的全過(guò)程。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元分析可以保障沖壓件的順利成型。

2.7 優(yōu)化設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)部件輕量化中的應(yīng)用

現(xiàn)階段汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的輕量化已成為汽車(chē)技術(shù)革新的重點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化要根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行構(gòu)建分析，在運(yùn)用CAE的基礎(chǔ)上進(jìn)行校核、分析與完善，進(jìn)而達(dá)到降低零件重量，提升零件強(qiáng)度的目的。

3? 車(chē)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵模塊

在汽車(chē)主關(guān)結(jié)構(gòu)模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，除汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)外，車(chē)架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也十分的重要。車(chē)架是汽車(chē)受力的主體，在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中不僅要承受汽車(chē)自身的重量，同時(shí)也要承受各種外力。在車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要基于縱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理劃分。汽車(chē)車(chē)架可以劃分為周邊式、X型式、脊梁式，梯形式以及綜合式等不同類(lèi)型。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除要保障車(chē)架基本的性能外，還要綜合整體配合性要求，避免形狀設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜。進(jìn)行縱梁形式的翼面分析時(shí)，可以將其分為上翼面平直及上翼面彎曲兩種類(lèi)型，其中上翼面平直的縱梁制造相對(duì)較為便捷;上翼面彎曲類(lèi)型的縱梁位置分區(qū)段減低，底板對(duì)應(yīng)高度相對(duì)較少，因此可以提升車(chē)輛的穩(wěn)定性。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，車(chē)架會(huì)受到內(nèi)力及外力等多種因素的影響，會(huì)產(chǎn)生非水平扭動(dòng)、橫向彎曲等反應(yīng)，因此需要在確保車(chē)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的前提下，提高對(duì)測(cè)量穩(wěn)定性的分析，增強(qiáng)路面的適應(yīng)能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行系統(tǒng)分析，提升車(chē)架的配合性，降低車(chē)架設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的不良影響。常見(jiàn)的車(chē)架形式主要可以分為槽型車(chē)架、矩形車(chē)架以及工字型車(chē)架。對(duì)車(chē)架進(jìn)行優(yōu)化，主要是要優(yōu)選鋼界面形狀系數(shù)以及設(shè)計(jì)后會(huì)產(chǎn)生變化因素的目標(biāo)函數(shù)，從而達(dá)到降低車(chē)架重量的效果。例如，通過(guò)槽型方程式的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算達(dá)到降低車(chē)架重量的目的。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)探究汽車(chē)研發(fā)所涉及的主關(guān)結(jié)構(gòu)模塊，分析了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及車(chē)架優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)與手段?；趦?yōu)化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行分析，可以為汽車(chē)設(shè)計(jì)與優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ)，對(duì)于汽車(chē)的科學(xué)化發(fā)展具有重要的價(jià)值與意義。

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