瞿元 王洪斌 张林波 吴沈荣

奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖，241009

摘要：随着CAE技术的发展，虚拟仿真技术在汽车开发中的作用也愈来愈显著。而前期工程阶段，如何布置出合理的车身骨架架构，一直是个相对空白的地带，也是整车正向开发过程中绕不过的坎。尽管研发工程师根据经验，参照现有车型的结构特点，也能进行车身骨架架构的设定，但总是缺乏有效手段直观地反映不同车型结构布置的特点。本文用拓扑优化的方法，从结构基本特征的角度来审视这一问题，并运用该方法对某SUV车身结构进行研究，获得一些直观性的结论。

关键词：车身,前期工程,拓扑优化

1、引言

随着对整车研发过程认识的加深，以及对正向开发过程的探索，在车型开发前期，对车身结构做出更合理的规划显得愈来愈重要。常规的研发思路之一是通过参考已有车型的结构，经过适当的修改，形成新的结构，并用于新车型中。但是对于原始车型的设计思路、结构布置的原因等缺乏系统的理解，或者理解不深，往往在更改过程中产生新的问题。为了部分解决上述问题，本文从结构拓扑优化的角度，对某SUV车型车身结构的总体布置进行初步探讨，以期加深对结构布置的理解。

2、研究方法概述

合理化的车身结构，是满足整车基本性能的重要保障。为了能够实现结构的最优布置，文献[1]使用了拓扑优化工具来布置车身结构。其基本思路是从造型以及车内空间布置出发，建立车身空间的基础网格模型，然后根据一定的工况要求，对基础网格进行拓扑分析，并根据拓扑结果建立梁、板壳模型，并进行多项性能的优化，从而实现车身结构的正向开发。本文借助于该思想，建立研究对象的结构空间包络，并对该包络进行拓扑分析，然后将仿真结果与原始结构进行比较，寻找车身结构中的关键点，推测初始结构可能的布置思想，从而加深对该研究思路的理解。其基本过程如下图所示：

图1 研究思路

3、某SUV车身结构研究

本文选取的研究对象是某比较受欢迎的城市SUV，通过对其结构的研究，有利于了解其总体结构的布置原理。本文采用上文提到的方法，对该车型结构进行剖析。

3.1 研究对象及结构包络

图2显示为该SUV车型的结构模型，经过适当处理，产生图3的结构包络模型，可以用该结构包络进行后面的结构拓扑分析。该结构包络模型完全包含了原结构的布置空间，材料为普通钢材。考虑到整车在前后碰撞过程中需要纵向刚度比较好，将前后纵梁以及后轮罩直接设定为非设计空间，其余网格均作为设计空间。

图2 某SUV结构有限元模型 图3 某SUV结构包络模型