关于汽车车身结构的布设与安全性分析

宛仕超 冯晓军 杨龙 万志伟 游小勇

摘 要：随着我国汽车保有量的快速增长，以及公路交通建设尤其是高速公路建设的快速发展，车辆的运行速度不断加快且事故发生率也在不断提高，这些都对车身结构及其安全性提出了许多新的要求。本文对车身结构布设给汽车的性能及安全性造成的影响进行了分析，并在此基础上对车身结构布设的安全性优化措施进行了探讨。

关键词：汽车;车身结构;结构设计布设;安全性

1引言

汽车已经成为了现代人们生活出行的一种重要工具，给人们的生活和工作带来了极大便利。这一方面说明我国的经济社会发展取得了显著成就，但同时也对汽车的性能和使用安全性提出了更高的要求。汽车的车身结构布设对汽车的使用性能和外表美观影响重大，但最为重要的是会影响到车身结构的安全性，必须引起充分的重视。

近年来，随着我国汽车保有量的快速增长，以及公路交通建设尤其是高速公路建设的快速发展，车辆的运行速度不断加快且事故发生率也在不断提高，这些都对车身结构及其安全性提出了许多新的要求。本文正是基于这一现实出发点，对车身结构布设给汽车的性能及安全性造成的影响进行了分析，并在此基础上对车身结构布设的安全性优化措施进行了探讨，希望对推动相关工作的发展能够有所借鉴。

2车身结构布设对汽车性能的影响

如果讲汽车比作人体，那么发动机相当于心脏，而车身结构则相当于骨骼，车身结构布设地是否合理，会对汽车的安全性、经济性、环保性、动力性以及舒适性等造成直接影响，以下将进行具体分析：第一，安全性方面。现代汽车使用者对汽车的使用安全性愈发重视，而汽车的车身结构、车身材质以及发动机都是影响汽车使用安全性的直接因素。优秀的车身结构和材质往往可以在相同的碰撞作用力下更好地保护内部乘客的安全，现实意义巨大。第二，经济性方面。对于汽车产品的开发而言，经济性也是进行车身结构设计和布设时需考虑的关键指标之一，我们应在不损害安全性的条件下，尽可能提升车身结构的经济性，创造出经济实用的汽车产品。第三，环保性方面。现代社会发展追求可持续发展道路，要求汽车设计也必须提升环保性意识，比如通过合理的车身结构布设来降低噪音和尾气排放。第四，动力性方面。汽车作为一种公路运输工具，动力性也是车身结构设计和布设时需考虑的重要因素，如何通过对车身结构进行科学设计与合理布设来增强动力性能，也是当前汽车研发领域的一个关键问题。第五，舒适性方面。汽车是供人使用，那么使用过程中的驾驶和乘坐体验也尤为重要。好的车身结构可以起到减震等效果，进而可以为使用者营造出更舒适的使用体验。

3车身结构安全性影响因素分析

上文已经提到，当前社会人们对汽车的使用要求更加强调对安全性的重视，而车身结构又是关乎安全性的直接影响因素，因此对车身结构布设的安全性进行研究具有重大现实意义。

3.1车身承载力

车身的承载力主要指车身骨架结构对载物的承受能力。现实中经常遇到的超载翻车事故就是载重超过了承载力引发的。考虑到汽车不同的工况会使得承载力出现不同变化，比如正常行驶状态、转弯状态、制动状态和紧急制动状态下的车身承载力均不相同，所以承载力的研究除了需要考虑汽车重量外，还必须考虑汽车使用时的不同工况因素。

3.2汽车骨架结构

对于承载式车身，车身骨架结构的设计布设会影响到强度和刚度，而这也是安全性研究中最重要的两个指标。承载式汽车如轿车、客车等，其车身主要包括前段、中部和后端三个部分。前段由前围板、前围内侧板、纵梁和两侧挡泥板组合形成了一个具有较强刚度的车身轮廓;车身中部由侧围、前后围板、顶盖、窗框等组成，形成盒状车身主体;后端则主要由底板和轮内轮外组成。承载式车身依靠发动机和底盘组成的汽车基体承受车身结构的负荷，这与非承载式车身依靠底盘大梁架来强化车身承承载力有很大区别。因此，针对非承载式车身的骨架承载力进行研究具有十分重要的现实意义。

4车身结构布设的安全性优化建议

4.1汽车碰撞安全性分析

现实中，车身结构布设要充分重视安全性，而考虑到汽车发生事故主要是因为正碰引发的，所以在进行车身结构布设时需遵守安全性设计原则，具体需要满足以下几个条件：尽量降低乘客受到的冲击;转向柱后移量和前围板侵入量较小，最大限度保证车上人员的生存空间。此外，在汽車碰撞安全性分析中，车上结构安全部件材料的匹配优化优化设计也非常重要。可以通过敏感度分析确定对汽车碰撞安全性影响较大的关键部件，然后再通过近似模型优选和多目标优化选择方法对结构部件的布设及其厚度和材料性质进行科学确定。这里需要特别强调地一点是，车身结构布设时要注重部件间的连接过渡，实现材料、厚度的连续变量、离散变量的混合优化。

4.2科学选择汽车关键安全部件

在车身结构设计与布设时，科学选择关键安全部件也是提升安全性的重要举措。首先，应该建立车辆碰撞仿真模型，推荐采用“美国国家碰撞分析中心”的“FordTaurus 整车模型”。我国针对该模型专门进行了仿真数据和实际实验数据的对比，发现两个结果的一致性较高，即说明采用该模型进行仿真计算具有较高可信度。此外，也可以对车身结构布设进行数字建模，并利用CAE技术对其碰撞安全性进行模拟仿真。然后，在仿真模型建立的基础上，对碰撞中的车身结构传力路径进行分析;第三，对所布设车身结构的吸能作用进行分析，即分析传力路径上布设部件的能力传递，确定主要吸能部件，这也是保障汽车碰撞安全性的关键部件所在。最后，采用正交试验法对部件敏感度进行研究，确定影响车身结构碰撞安全性的主要因素。

4.3敏感度分析

在汽车车身结构布设及其材料配置优化方面，可以采用正交试验的方法进行分析，并据此得到关键安全部件的敏感度情况，为多项影响因素间的优先级关系判定提供明确依据。考虑到一般车身结构的材料都为高强度钢，而这种材料的成本一般都较高，所以必须确保此类结构布设被改善或其材料被替换后，能够促进安全性得到优化改善，这样才能真正降低车身结构设计开发中的花费成本。因此，可以针对车身结构布设及其材料的敏感度进行分析，并依据分析结果对布设结构及其材料变化具有较强敏感性的部件进行确定。在此基础上，可以利用各种优化措施和算法对结构布设及其材料变化进行优化处理。事实上，通过敏感度分析可以发现，汽车车身结构的布设尤其是材料配置必须保持一个度，单纯增加材料强度不一定能够强化安全性，甚至有可能使布设结构的材料变量越来越差，这种安全性强化方法并不可靠。

参考文献

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