文 献 综 述

1本课题的目的及意义

早期汽车所使用的车架，大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件，则是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。这种设计的最大好处，在于轻量化与刚性得以同时兼顾，因此受到了不少跑车制造商的青睐。　　

车架作为汽车的承载基体，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，承受着传递给它的各种力合力矩。车架工作状态比较复杂，车架轻量化是实现汽车节能环保的有效手段之一^[。

汽车结构的轻量化对汽车节能和环保都具有重要的意义。据统计，车架质量约占整车自身质量的40%~60%^[，因此，车架的设计在整车轻量化中占重要地位。减轻汽车车架的质量一方面节约了材料，降低了生产成本；另一方面能有效提高整车的动力性、经济性，降低燃油消耗，减少污染排放，有利于环保，车架轻量化具有很好的经济效益和社会效益。

2车架技术研究进展和现状

70年代，欧美国家就已经在车架结构分析中采用有限元方法，并能够较好的模拟、分析车架动态特性。随着有限元模拟方法的不断发展与完善，产品性能越来越高。随着计算机软、硬件水平的发展，出现了大量的有利于车架设计的软件系统，主要产品有：计算机辅助造型（CAS），计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程分析（CAE），计算机富足制造（CAM）等一大批大型工程通用软件。它们使得车架结构静动态分析、碰撞的模拟与仿真实验等成为可能。国外已经能够用这些软件对车架结构、材料、和形状参数等进行灵敏度分析，并取得了大量的成果。国外车架设计技术经过几十年的发展与累积^[6～10]，各大汽车公司已建立了高性能的汽车计算辅助工程系统，形成了完整的设计、分析方法与实验程序。目前国外新车型发开发周期已经缩短到12个月到24个月

国内起步较晚，在80年代才开始这方面的研究，但经过众多学者的研究和探索，已经积累了大量大量的经验。但由于软件水平和汽车车架动力学的复杂性，如何应用计算机辅助工程来解决汽车车架的结构设计和发展已成为目前亟待解决的课题。目前，国内外对汽车车架结构的研究主要集中在强度和刚度方面^[11～12]。通常已质量最轻为主要目标、通过计算弯曲个扭转两种典型进度强度和静刚度的优化，考虑动态特性一般是通过模态分析，获得固有频率及相应振型。作为优化的目标和约束。

3 车架结构的概述

根据车架纵梁的结构特点，车架可分为以下几种结构形式：1)梯形车架 梯形车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成，其优点是具有很强的承载能力和抗扭刚度，结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低，同时，便于安装车身、车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变型。其缺点是质量大。2）一体式车架 一体式车架都是由不同的组件装配而成的，其中最大的一块就是地台，其余的如车顶、侧板等大小各异，所有的板件都是冲压成型后焊接成整体。优点是适应高度机械化的流水作业，可以大大降低生产成本。一体式车架拥有良好的撞击保护能力，车头以及车尾加装副车架一方面有利于吸收撞击所造成的冲击力；另一方面对车架的刚性也有所提高，缺点是生产前的配套投资极其庞大，不适合小批量生产。3)脊梁式车架 脊梁式车架有一根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁(圆形或箱形断面)，其上固定有横向的托架或连接梁，使车架呈鱼骨状。与其他类型的车架相比，其扭转刚度最大，容许车轮有较大的跳动空间，使汽车有较好的平顺性和通过性。但车架的制造工艺复杂，维修不便，仅用于某些高越野性汽车上。4）桁架式车架又称钢管式车架，这种车架也属于承载式车架。它刚度大，质量轻，但制造工艺性差，主要用于跑车、特种汽车和一些全承载式客车上使用。