汽车主关结构模块的设计优化与分析

张执 张一

摘   要：社会经济高速发展带动了人们生活模式的不断完善与优化，汽车作为人们日常生活中最为重要的代步工具逐渐得到普及。本文分析汽车发动机、车架等汽车主关结构模块的构造与特点，探究发展的新趨势进而明确设计优化重点，制定结构改进的对策及手段，对于汽车行业发展来说具有重要的价值与意义。

关键词：发动机  车架  设计优化

中图分类号：U467                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0100-02

汽车发动机、车架等主关结构模块是组成汽车的重要部件。在汽车设计过程中需要基于最优化设计理念与计算机模拟仿真技术，应用最优化原理与方式，通过人机搭配以及自动化设计，在计算机技术的辅助之下确定最佳的设计方案。通过最优化设计不仅可以提升汽车发动机及车架的整体性能水平，增强汽车在高负荷条件下的使用特性，还可以降低汽车的整备质量和成本，进而提高整车的经济性。

1  汽车发动机优化设计关键模块

汽车发动机设计涉及到诸多的学科领域知识，在设计中变化条件较为复杂，会受到各种不确定性因素的影响。为了能够更好地降低发动机油耗、减少污染，在设计中应避免过多的无用功消耗、有效控制汽车尾气的排放，因此需要对动力传动系统进行优化，在计算机辅助设计分析过程中，选择最佳的设计参数，提升契合动力配置，达到优化燃油利用率的目的。

发动机结构优化主要是以发动机构造为基础，在进行动态分析及结构优化设计过程中，提升发动机整体的适用性。充分利用CAD/CFD软件的模拟仿真功能，通过边界元法及函数优化的方式进行处理，分析优化发动机的连杆外廓，在可靠的有限元方法基础上优化较为复杂的三维连杆外形，并对发动机的曲轴结构进行有效优化。

在组建汽车主关结构模块时，需要优化汽车发动机的燃烧过程。重点是对喷射位置、气管以及燃烧室轮廓等几个部位进行分析优化。发动机燃烧喷射过程中，要通过电子技术进行管控分析，精准确定并调节燃油供应，进而综合分析气缸缸体内部的运行状态，确定燃烧室内燃油的排布，以达到降低排放污染的效果。

2  汽车发动机设计与优化技术手段

2.1 发动机内净化技术

通过多种技术组合方式对发动机结构设计进行分析优化。通过电控喷射技术、废气循环技术、高效增压中冷技术、多气门技术以及废气旁通技术实现汽车发动机的技术改进。通过实现对喷射时间、喷射位置、区域及方式的智能化控制，提升燃油的理想雾化状态，提高燃油热效率，达到改善汽车动力性、降低有害物质微粒排放的目的。

2.2 发展发动机的后处理技术

分析发动机的排放过程，改善发动机运行中的机内净化技术也是一项较为关键的工作。为此要利用废弃后处理净化技术对汽车发动机进行分析优化。大力发展三元催化转化器、微粒捕集器、氧化催化转化器等技术手段。在不影响或降低发动机效率的同时，优化排气系统净化装置的安装距离，通过物理以及化学的手段进行污染物处理。

2.3 复合动力技术的应用

在汽车保有量不断增大的大趋势下，要探究如何合理降低燃油消耗，减少污染物排放的技术手段。制定未来汽车的燃油消耗指标以及新型汽车发展计划，通过柴油机复合动力技术实现发动机优化，是今后汽车发动机发展的重点。

2.4 燃料电池技术的推广

为了实现零排放的发展目标，采用燃料电池作为主要的动力源驱动电动机运行是今后汽车动力的发展重点。在不久的将来，燃料电池技术将会得到更大的发展。

2.5 新材料、新技术的应用

在对发动机零部件的材料及制造方法的优化过程中，要合理应用多种新型材料，达到降低发动机自重，提高发动机强度的目的，这也是汽车发动机燃油经济性的有效路径。在今后的发展中，塑料油箱、塑料风扇、塑料缸盖以及新式橡胶密封垫等新部品也会陆续被投入到发动机生产制造中。

2.6 CAE在汽车发动机生产工艺中的应用

将CAD与CAE有效融合，利用CAE分析生产与制造成本，完善尺寸参数设计。通过对冲压件延展后的外形尺寸的乘积计算，分析并确定最小使用值。通过优化软件进行仿真模拟辅助分析，为获得最小的成本参数，可以通过减少部品厚度，提升冲压件设计圆角半径等方式达到修缮边缘位置的效果。对钣金冲压件及其加工工艺进行分析，因无法了解坯料外廓形状进而分析拉延件起皱等问题，故采用CAE进行相关分析，快速查找拉延成型的因素，加快冲压件开发进度。在计算机技术辅助支持下，利用有限元分析判断冲压件合格与否，分析确定冲压工作的全过程。在汽车发动机的设计过程中，通过有限元分析可以保障冲压件的顺利成型。

2.7 优化设计在发动机部件轻量化中的应用

现阶段汽车发动机部件的轻量化已成为汽车技术革新的重点。发动机轻量化要根据实际状况进行构建分析，在运用CAE的基础上进行校核、分析与完善，进而达到降低零件重量，提升零件强度的目的。

3  车架结构优化设计关键模块

在汽车主关结构模块的优化设计过程中，除汽车发动机外，车架的结构优化设计也十分的重要。车架是汽车受力的主体，在汽车运行过程中不仅要承受汽车自身的重量，同时也要承受各种外力。在车架结构设计过程中，要基于纵梁结构进行合理划分。汽车车架可以划分为周边式、X型式、脊梁式，梯形式以及综合式等不同类型。在设计过程中，除要保障车架基本的性能外，还要综合整体配合性要求，避免形状设计过于复杂。进行纵梁形式的翼面分析时，可以将其分为上翼面平直及上翼面弯曲两种类型，其中上翼面平直的纵梁制造相对较为便捷;上翼面弯曲类型的纵梁位置分区段减低，底板对应高度相对较少，因此可以提升车辆的稳定性。汽车在行驶过程中，车架会受到内力及外力等多种因素的影响，会产生非水平扭动、横向弯曲等反应，因此需要在确保车架结构稳固性的前提下，提高对测量稳定性的分析，增强路面的适应能力。在设计过程中要对设计变量进行系统分析，提升车架的配合性，降低车架设计过程中产生的不良影响。常见的车架形式主要可以分为槽型车架、矩形车架以及工字型车架。对车架进行优化，主要是要优选钢界面形状系数以及设计后会产生变化因素的目标函数，从而达到降低车架重量的效果。例如，通过槽型方程式的目标函数计算达到降低车架重量的目的。

4  结语

通过探究汽车研发所涉及的主关结构模块，分析了汽车发动机及车架优化设计的关键技术与手段。基于优化设计理念进行分析，可以为汽车设计与优化奠定良好的基础，对于汽车的科学化发展具有重要的价值与意义。

参考文献

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