汽車主關結構模塊的設計優化與分析

張執 張一

摘? ?要：社會經濟高速發展帶動了人們生活模式的不斷完善與優化，汽車作為人們日常生活中最為重要的代步工具逐漸得到普及。本文分析汽車發動機、車架等汽車主關結構模塊的構造與特點，探究發展的新趨勢進而明確設計優化重點，制定結構改進的對策及手段，對于汽車行業發展來說具有重要的價值與意義。

關鍵詞：發動機? 車架? 設計優化

中圖分類號：U467? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0100-02

汽車發動機、車架等主關結構模塊是組成汽車的重要部件。在汽車設計過程中需要基于最優化設計理念與計算機模擬仿真技術，應用最優化原理與方式，通過人機搭配以及自動化設計，在計算機技術的輔助之下確定最佳的設計方案。通過最優化設計不僅可以提升汽車發動機及車架的整體性能水平，增強汽車在高負荷條件下的使用特性，還可以降低汽車的整備質量和成本，進而提高整車的經濟性。

1? 汽車發動機優化設計關鍵模塊

汽車發動機設計涉及到諸多的學科領域知識，在設計中變化條件較為復雜，會受到各種不確定性因素的影響。為了能夠更好地降低發動機油耗、減少污染，在設計中應避免過多的無用功消耗、有效控制汽車尾氣的排放，因此需要對動力傳動系統進行優化，在計算機輔助設計分析過程中，選擇最佳的設計參數，提升契合動力配置，達到優化燃油利用率的目的。

發動機結構優化主要是以發動機構造為基礎，在進行動態分析及結構優化設計過程中，提升發動機整體的適用性。充分利用CAD/CFD軟件的模擬仿真功能，通過邊界元法及函數優化的方式進行處理，分析優化發動機的連桿外廓，在可靠的有限元方法基礎上優化較為復雜的三維連桿外形，并對發動機的曲軸結構進行有效優化。

在組建汽車主關結構模塊時，需要優化汽車發動機的燃燒過程。重點是對噴射位置、氣管以及燃燒室輪廓等幾個部位進行分析優化。發動機燃燒噴射過程中，要通過電子技術進行管控分析，精準確定并調節燃油供應，進而綜合分析氣缸缸體內部的運行狀態，確定燃燒室內燃油的排布，以達到降低排放污染的效果。

2? 汽車發動機設計與優化技術手段

2.1 發動機內凈化技術

通過多種技術組合方式對發動機結構設計進行分析優化。通過電控噴射技術、廢氣循環技術、高效增壓中冷技術、多氣門技術以及廢氣旁通技術實現汽車發動機的技術改進。通過實現對噴射時間、噴射位置、區域及方式的智能化控制，提升燃油的理想霧化狀態，提高燃油熱效率，達到改善汽車動力性、降低有害物質微粒排放的目的。

2.2 發展發動機的后處理技術

分析發動機的排放過程，改善發動機運行中的機內凈化技術也是一項較為關鍵的工作。為此要利用廢棄后處理凈化技術對汽車發動機進行分析優化。大力發展三元催化轉化器、微粒捕集器、氧化催化轉化器等技術手段。在不影響或降低發動機效率的同時，優化排氣系統凈化裝置的安裝距離，通過物理以及化學的手段進行污染物處理。

2.3 復合動力技術的應用

在汽車保有量不斷增大的大趨勢下，要探究如何合理降低燃油消耗，減少污染物排放的技術手段。制定未來汽車的燃油消耗指標以及新型汽車發展計劃，通過柴油機復合動力技術實現發動機優化，是今后汽車發動機發展的重點。

2.4 燃料電池技術的推廣

為了實現零排放的發展目標，采用燃料電池作為主要的動力源驅動電動機運行是今后汽車動力的發展重點。在不久的將來，燃料電池技術將會得到更大的發展。

2.5 新材料、新技術的應用

在對發動機零部件的材料及制造方法的優化過程中，要合理應用多種新型材料，達到降低發動機自重，提高發動機強度的目的，這也是汽車發動機燃油經濟性的有效路徑。在今后的發展中，塑料油箱、塑料風扇、塑料缸蓋以及新式橡膠密封墊等新部品也會陸續被投入到發動機生產制造中。

2.6 CAE在汽車發動機生產工藝中的應用

將CAD與CAE有效融合，利用CAE分析生產與制造成本，完善尺寸參數設計。通過對沖壓件延展后的外形尺寸的乘積計算，分析并確定最小使用值。通過優化軟件進行仿真模擬輔助分析，為獲得最小的成本參數，可以通過減少部品厚度，提升沖壓件設計圓角半徑等方式達到修繕邊緣位置的效果。對鈑金沖壓件及其加工工藝進行分析，因無法了解坯料外廓形狀進而分析拉延件起皺等問題，故采用CAE進行相關分析，快速查找拉延成型的因素，加快沖壓件開發進度。在計算機技術輔助支持下，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程。在汽車發動機的設計過程中，通過有限元分析可以保障沖壓件的順利成型。

2.7 優化設計在發動機部件輕量化中的應用

現階段汽車發動機部件的輕量化已成為汽車技術革新的重點。發動機輕量化要根據實際狀況進行構建分析，在運用CAE的基礎上進行校核、分析與完善，進而達到降低零件重量，提升零件強度的目的。

3? 車架結構優化設計關鍵模塊

在汽車主關結構模塊的優化設計過程中，除汽車發動機外，車架的結構優化設計也十分的重要。車架是汽車受力的主體，在汽車運行過程中不僅要承受汽車自身的重量，同時也要承受各種外力。在車架結構設計過程中，要基于縱梁結構進行合理劃分。汽車車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型。在設計過程中，除要保障車架基本的性能外，還要綜合整體配合性要求，避免形狀設計過于復雜。進行縱梁形式的翼面分析時，可以將其分為上翼面平直及上翼面彎曲兩種類型，其中上翼面平直的縱梁制造相對較為便捷;上翼面彎曲類型的縱梁位置分區段減低，底板對應高度相對較少，因此可以提升車輛的穩定性。汽車在行駛過程中，車架會受到內力及外力等多種因素的影響，會產生非水平扭動、橫向彎曲等反應，因此需要在確保車架結構穩固性的前提下，提高對測量穩定性的分析，增強路面的適應能力。在設計過程中要對設計變量進行系統分析，提升車架的配合性，降低車架設計過程中產生的不良影響。常見的車架形式主要可以分為槽型車架、矩形車架以及工字型車架。對車架進行優化，主要是要優選鋼界面形狀系數以及設計后會產生變化因素的目標函數，從而達到降低車架重量的效果。例如，通過槽型方程式的目標函數計算達到降低車架重量的目的。

4? 結語

通過探究汽車研發所涉及的主關結構模塊，分析了汽車發動機及車架優化設計的關鍵技術與手段。基于優化設計理念進行分析，可以為汽車設計與優化奠定良好的基礎，對于汽車的科學化發展具有重要的價值與意義。

參考文獻

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