《乘用車白車身輕量化設(shè)計與評價方法》

T/CSAEXXXX－XXXX

ICS32.020

T40

團體標準

T/CSAEXXXX－XXXX

乘用車白車身輕量化設(shè)計與評價方法

LightweightdesignandEvaluationmethodofpassengerCarBodyinWhite

（報批稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的該標準所涉必要專利信息連同支持性文件一并附上

DraftingguidelinesforcommercialgradesstandardofChinesemedicinal

materials

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國汽車工程學會發(fā)布

T/CSAEXXXX－XXXX

乘用車白車身輕量化設(shè)計與評價方法

1范圍

本文件規(guī)定了乘用車白車身輕量化設(shè)計與評價方法。

本文件適用于乘用車白車身，類似車型（整車整備質(zhì)量小于3.5t的其他乘用車）可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列標準對于本文件的應用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，其隨后所有的修改（不

包括勘誤內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，但鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究使用這些文件

最新版本的可能性。

GB/T1.1-2020標準化工作導則第一部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則

GB/T3730.3-1992汽車和掛車的術(shù)語及其定義—車輛尺寸

GB/T4780-2020汽車車身術(shù)語

GB11551-2014汽車正面碰撞的乘員保護

GB20071-2006汽車側(cè)面碰撞的乘員保護

GB/T20913-2007乘用車正面偏置碰撞的乘員保護

GB/T33582-2017機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元力學分析通用規(guī)則

SAE-ChinaJ0702－2013普通乘用車白車身彎曲剛度測試方法

SAE-ChinaJ0701－2013普通乘用車白車身扭轉(zhuǎn)剛度測試方法

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1白車身BodyinWhite-BIW

本文件所定義的白車身相當于GB/T4780-2020中定義的車身骨架加上前防撞梁總成、后防撞梁

總成，即由車身結(jié)構(gòu)件與覆蓋件組成，其中新能源車型需包含動力電池箱殼體，不包含電芯，所有

車型均不含四門兩蓋及全車玻璃，全新架構(gòu)非承載式白車身還應包括底盤車架。

3.2白車身扭轉(zhuǎn)剛度TorsionalstiffnessofBIW

白車身產(chǎn)生單位扭轉(zhuǎn)角所需要的外加扭矩，它表征了白車身抵抗扭轉(zhuǎn)彈性變形的能力。

3.3白車身彎曲剛度BendingstiffnessofBIW

使白車身產(chǎn)生單位彎曲變形所需要的力，它表征了白車身抵抗彎曲彈性變形的能力。

1

T/CSAEXXXX－XXXX

3.4投影面積Projectedarea

指乘用車前后輪距的平均值與軸距的乘積。

3.5白車身性能一階靈敏度One-ordersensitivityofBIWperformance

指白車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、一階整體彎曲模態(tài)頻率、一階整體扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率等性能指標，

相對結(jié)構(gòu)設(shè)計變量如尺寸變量和形狀變量等的一階導數(shù)值。

3.6白車身質(zhì)量一階靈敏度One-ordersensitivityofBIWmass

指白車身的質(zhì)量相對結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的一階導數(shù)值。

3.7白車身一階相對靈敏度One-orderrelativesensitivityofBIW

指白車身性能的一階靈敏度除以白車身質(zhì)量的一階靈敏度。

3.8白車身貢獻度BIWcontribution

指白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的變化對白車身正碰、側(cè)碰和正面偏置碰撞等非線性響應性能影響的大

小。

3.9白車身非安全件Non-safetypartsofBIW

指對整車正碰、側(cè)碰和正面偏置碰撞性能影響都較小的白車身零件。

3.10白車身安全件SafetypartsofBIW

指對整車正碰、側(cè)碰和正面偏置碰撞性能之一影響較大的白車身零件。

4技術(shù)要求

4.1結(jié)構(gòu)抗撞性指標提取

4.1.1白車身正碰結(jié)構(gòu)抗撞性指標提取

按照GB11551-2014，進行整車正面碰撞仿真分析，提取白車身結(jié)構(gòu)的正碰抗撞性評價指標如前

端壓潰量、前門變形量、白車身吸能量、防火墻侵入量、B柱與門檻梁連接處的沖擊加速度等。

4.1.2白車身側(cè)碰結(jié)構(gòu)抗撞性指標提取

按照GB20071-2006，進行整車側(cè)面碰撞仿真分析，提取白車身結(jié)構(gòu)的側(cè)碰抗撞性評價指標如

B柱侵入量、B柱侵入速度、白車身吸能量、非碰撞側(cè)B柱沖擊加速度等。

4.1.3白車身正面偏置碰結(jié)撞構(gòu)抗撞性指標提取

按照GB/T20913-2007，進行整車正面偏置碰撞仿真分析，提取白車身結(jié)構(gòu)的抗撞性評價指標如

前端壓潰量、前門變形量、白車身吸能量、防火墻侵入量、B柱與門檻梁連接處的沖擊加速度等。

2

T/CSAEXXXX－XXXX

4.2剛度模態(tài)性能指標提取

根據(jù)白車身有限元分析或臺架試驗，提取白車身結(jié)構(gòu)彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、一階整體彎曲模態(tài)、

一階整體扭轉(zhuǎn)模態(tài)。

5設(shè)計方法

5.1白車身有限元建模

5.1.1網(wǎng)格劃分

用四邊形殼單元、三角形殼單元、梁單元、桿單元、焊點單元、膠粘單元、剛性單元對白車身進

行網(wǎng)格劃分，為了保證有限元模型分析精度，單元的平均尺寸不超過10mm。

5.1.2單元質(zhì)量控制要求

按照GB/T33582-2017表B.3單元質(zhì)量檢查控制參數(shù)要求執(zhí)行。

5.1.3材料屬性輸入

根據(jù)白車身各零件承受靜、動態(tài)和沖擊載荷時產(chǎn)生線彈性變形和非線性變形速率的大小，以及

材料靜態(tài)力學性能和不同應變速率動態(tài)力學性能特性，輸入各單元的靜、動態(tài)材料屬性，包括密度、

泊松比、彈性模量、剪切模量等材料參數(shù)；對于產(chǎn)生非線性變形的零件，還需要根據(jù)零件塑性變形

速率的大小，輸入對應應變速率下材料的應力、應變關(guān)系數(shù)據(jù)。

5.1.4材料損傷失效模型

5.1.4.1白車身在碰撞大變形時需要考慮應變速率的影響，對于白車身上的金屬件，推薦選用

Johnson-Cook材料模型，其流變應力與應變、應變速率之間關(guān)系按式（1）進行計算：

??

?=(?+???)(1+???)…………（1）

??0

??

?1?1

式中，—流變應力，MPa）；ε—等效應變；ε—為應變速率（s）；ε0—參考應變速率（s）；

A—材料屈服應力（MPa）；B—應變強化系數(shù)；n—應變強化指數(shù)；C—應變速率強化系數(shù)。

5.1.4.2對于Johnson-Cook材料模型，其失效應變定義如式（2）：

??

??=[?1+?2????3][1+?4???]（2）

????

式中，f—失效應變；D1至D4—材料常數(shù)；p—靜水壓力；σeff—等效應力。當損傷參數(shù)的累加

值滿足式（3）時，材料發(fā)生失效。

3

T/CSAEXXXX－XXXX

D1（3）

f

根據(jù)金屬材料的缺口試樣拉伸試驗、純剪切試樣拉伸試驗以及平滑試樣的拉伸試驗，通過擬合

得到Johnson-Cook材料失效模型的各項參數(shù)。

5.1.4.3對于白車身上的復合材料零部件，推薦使用Chang-Chang失效準則，Chang-Chang失效準

則包括纖維的拉伸和壓縮、基體的拉伸和壓縮四種失效模式，具體表達式如表1所示：

表1Chang-Chang失效準則模式

失效模式失效準則

22aaab

纖維拉伸efaa()()10,0

XStc

22aa

纖維壓縮ecaa()10,0

Xc

222bbab

基體拉伸embb()()10,0

YStc

2222bbcbbabY

基體壓縮edbb()[()1]()10,0

22SSYScccc

根據(jù)復合材料0°、90°和±45°單向板的準靜態(tài)單軸拉伸、壓縮和面內(nèi)剪切試驗，通過曲線擬

合得到Chang-Chang失效準則表達式中的各項參數(shù)。

5.1.5白車身質(zhì)量（kg）

白車身有限元建模后的結(jié)構(gòu)質(zhì)量與白車身三維實體模型質(zhì)量相比其變化不應超過5%，整車碰撞

有限元模型總質(zhì)量與設(shè)定的實車整備質(zhì)量相比其變化不應超過40kg。白車身的質(zhì)量應在輕量化設(shè)計

報告中注明。

5.2模型驗證

5.2.1模型前處理

在進行整車被動安全性分析模型驗證時，車身有限元模型中須包含白車身、四門兩蓋和門窗玻

璃模型。并需要正確處理它們與白車身之間的安裝連接關(guān)系。

5.2.2乘用車正碰模型驗證

按照GB11551-2014，進行剛性壁障整車正面碰撞仿真分析，沙漏能占總能量的百分比應小于

4

T/CSAEXXXX－XXXX

5%，且碰撞過程中能量要保持守恒。在假人傷害指標滿足標準規(guī)定要求的前提下，提取白車身結(jié)構(gòu)

抗撞性評價指標，如前端壓潰量、兩側(cè)B柱與門檻梁連接處的沖擊加速度、防火墻侵入量、前門變

形量、白車身吸能量，以及正碰過程中的能量變化曲線等，并與試驗結(jié)果對比，誤差應小于10%。

5.2.3乘用車側(cè)碰模型驗證

按照GB20071-2006，進行移動變形壁障整車側(cè)面碰撞仿真分析，沙漏能占總能量的百分比要小

于5%，且碰撞過程中能量要保持守恒。在假人傷害指標滿足標準規(guī)定要求的前提下，提取白車身結(jié)

構(gòu)抗撞性評價指標，如碰撞側(cè)B柱對應假人不同位置處的侵入量和侵入速度、非碰撞側(cè)B柱與門檻

梁連接處的沖擊加速度、白車身吸能量，以及側(cè)碰過程中的能量變化曲線等，并與試驗結(jié)果對比，

誤差應小于10%。

5.2.4乘用車正面偏置碰撞模型驗證

按照GB/T20913-2007，進行整車正面40%偏置碰撞仿真分析，沙漏能占總能量的百分比要小于

5%，且碰撞過程中能量要保持守恒。在假人傷害指標滿足標準規(guī)定要求的前提下，提取白車身結(jié)構(gòu)

抗撞性評價指標，如前端壓潰量、兩側(cè)B柱與門檻梁連接處的沖擊加速度、防火墻侵入量、前門變

形量、白車身吸能量，以及正面偏置碰撞過程中的能量變化曲線等，并與試驗結(jié)果對比，誤差應小

于10%。

5.3白車身一階相對靈敏度分析

通過對白車身零件進行一階相對靈敏度分析，確定白車身各設(shè)計變量一階相對靈敏度排序。

5.4白車身貢獻度分析

利用試驗設(shè)計（DesignofExperiment—DOE）或最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計（OptimalLatinHypercube

Design—OptLHD）等方法對白車身各設(shè)計變量貢獻度進行分析，確定出白車身各結(jié)構(gòu)設(shè)計變量對白

車身正碰、側(cè)碰和正面偏置碰撞工況下結(jié)構(gòu)抗撞性非線性響應貢獻大小排序。

5.5白車身輕量化多目標優(yōu)化設(shè)計

5.5.1優(yōu)化目標函數(shù)

白車身的質(zhì)量，以及白車身正碰、側(cè)碰和偏置碰撞等結(jié)構(gòu)抗撞性指標與白車身彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度、

整體彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率等與白車身質(zhì)量減小相互沖突的響應量均可選作優(yōu)化目標函數(shù)。

5.5.2約束條件

除了選作目標函數(shù)以外的白車身性能響應指標，如白車身的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度、一彎和一扭模態(tài)

5

T/CSAEXXXX－XXXX

頻率不低于要求的限值；正碰和偏置碰撞的前端最大壓潰量、防火墻最大侵入量、前門最大變形量，

與側(cè)碰B柱典型位置的最大侵入量和侵入速度，以及正碰、側(cè)碰和偏置碰撞B柱沖擊加速度等結(jié)構(gòu)

抗撞性指標小于要求的限值均可作為約束條件。

5.5.3設(shè)計變量

白車身優(yōu)化設(shè)計變量包含零件材料、尺寸和斷面形狀變量，對于復合材料零件還有鋪層順序、

層數(shù)和纖維方向變量。根據(jù)白車身一階相對靈敏度分析和結(jié)構(gòu)貢獻度分析結(jié)果，以及包含白車身的

整車碰撞有限元模型規(guī)模及計算機硬件條件，通過綜合權(quán)衡計算時間和輕量化效果，找出篩選白車

身設(shè)計變量的一階相對靈敏度和結(jié)構(gòu)貢獻度分析結(jié)果的門限值，確定出對白車身剛度、模態(tài)線性響

應和結(jié)構(gòu)抗撞性非線性響應性能不敏感和較敏感的若干變量作為白車身輕量化多目標優(yōu)化的設(shè)計變

量。

5.5.4輕量化多目標優(yōu)化設(shè)計方法

5.5.4.1直接優(yōu)化設(shè)計方法

白車身直接優(yōu)化設(shè)計利用多目標優(yōu)化算法，如粒子群算法、蟻群算法、模擬退火算法和遺傳算

法等，以及相應的多學科優(yōu)化設(shè)計軟件平臺如iSight、Optimus和Optistruct等，通過直接調(diào)用整車

正碰、側(cè)碰和偏置碰撞有限元仿真分析模型，以及白車身有限元模態(tài)分析和彎、扭剛度分析模型，

通過優(yōu)化迭代進行白車身結(jié)構(gòu)的輕量化多目標協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，確定出滿足約束條件要求，且使各目

標函數(shù)均能有效收斂的帕累托（Pareto）妥協(xié)解的前沿，直接優(yōu)化設(shè)計方法能夠避免用樣本點擬合代

理模型產(chǎn)生的近似誤差。為了使設(shè)計變量的優(yōu)化迭代能夠在各分析子任務(wù)之間自動地交替進行，需

要建立全參數(shù)化白車身有限元模型（如SFE-Concept參數(shù)化模型）。直接優(yōu)化設(shè)計方法流程如圖1所

示；以白車身質(zhì)量和B柱沖擊加速度最小作為優(yōu)化目標函數(shù)的案例，采用直接優(yōu)化設(shè)計方法對白車

身進行多目標協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，得到的Pareto妥協(xié)解前沿如圖2所示。從圖2中確定出滿足所有約束

條件要求、白車身質(zhì)量最小的解作為白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計方案；亦可以采用多準則決策方法從

Pareto妥協(xié)解前沿中確定出白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計方案。

6

T/CSAEXXXX－XXXX

圖1白車身輕量化多目標協(xié)同優(yōu)化設(shè)計流程

圖2車身輕量化多目標優(yōu)化帕累托（Pareto）解集

5.5.4.2代理模型方法

代理模型（又稱近似模型）方法是以數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)，通過采集少量樣本數(shù)據(jù)，在保證精度前

提下，建立復雜仿真模型的近似模型。用代理模型方法進行白車身輕量化多目標優(yōu)化設(shè)計的步驟為：

5.5.4.2.1樣本點數(shù)據(jù)采集

采用試驗設(shè)計（DOE）或最優(yōu)拉丁超立方試驗設(shè)計等方法設(shè)計出設(shè)計變量樣本點的分布；利用

7

T/CSAEXXXX－XXXX

白車身全參數(shù)化模型快速生成有限元模型；進行各樣本點的有限元仿真分析計算，完成輸入/輸出樣

本點數(shù)據(jù)的采集，并匯總分析結(jié)果。

5.5.4.2.2代理模型選擇

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的目的與樣本點數(shù)據(jù)采集結(jié)果，選擇確定合適的代理模型類型。

5.5.4.2.3擬合代理模型

根據(jù)選擇的代理模型，取采集全部樣本點數(shù)據(jù)的80%-90%，對代理模型進行曲線擬合，得到代

理模型函數(shù)；

5.5.4.2.4代理模型誤差分析與精度檢驗

取剩余的10%-20%樣本點數(shù)據(jù)對代理模型進行誤差分析和精度檢驗，工程上常用的檢驗方法有

決定系數(shù)（R2）法和相對最大絕對誤差（RelativeMaximumAbsoluteError-RMAE）方法。R2越接近

于1、RMAE越接近于0說明代理模型的精度越高。通過誤差分析判斷代理模型誤差大小是否在可

接受范圍內(nèi)，如果誤差在可接受范圍內(nèi)，即可作為最終的代理模型，如果模型誤差過大，需要增加

樣本點降低誤差，或更換代理模型重新進行擬合和模型精度檢驗，直到誤差達到要求的精度為止。

5.5.4.2.5代理模型的多目標優(yōu)化設(shè)計

利用約束全局優(yōu)化算法（如非支配排序遺傳算法，粒子群算法，多島遺傳算法等）對代理模型

進行輕量化多目標協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，其優(yōu)化分析流程如圖3所示，是以白車身質(zhì)量最小和彎曲、扭轉(zhuǎn)

剛度最大作為優(yōu)化目標函數(shù)的案例，通過用代理模型法進行多目標協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，得到的Pareto妥

協(xié)解前沿如圖4所示。從圖4中確定出滿足所有約束條件要求，白車身質(zhì)量最小的解作為白車身輕

量化優(yōu)化設(shè)計方案。同樣，亦可以采用多準則決策方法從Pareto妥協(xié)解前沿中確定出白車身輕量化

優(yōu)化設(shè)計方案。

圖3基于代理模型方法的多目標優(yōu)化設(shè)計流程

8

T/CSAEXXXX－XXXX

圖4車身輕量化多目標優(yōu)化Pareto解前沿

6白車身輕量化性能驗證

6.1輕量化白車身有限元建模

把經(jīng)輕量化多目標協(xié)同優(yōu)化得到的白車身優(yōu)化設(shè)計變量按照鋼板厚度規(guī)格和制造工藝要求進行

相應調(diào)整，得到經(jīng)工程圓整后的白車身輕量化設(shè)計方案。根據(jù)該設(shè)計方案對白車身結(jié)構(gòu)進行修改，

如果所建白車身模型為全參數(shù)化模型，結(jié)構(gòu)修改十分方便、快捷，將最終確定的白車身輕量化設(shè)計

方案數(shù)據(jù)文件輸入白車身全參數(shù)化模型，即可實現(xiàn)白車身結(jié)構(gòu)自動修改；如果白車身模型為非參數(shù)

化模型，則需要對相關(guān)零件逐個進行手工修改，再代入白車身模型才能完成結(jié)構(gòu)修改。再按照5.1的

要求重新進行白車身有限元建模。

6.2白車身彎曲剛度

6.2.1白車身彎曲約束設(shè)置

按照SAE-ChinaJ0702-2013中規(guī)定的約束方式，在白車身與前后懸架減振器四個連接點處施加

球鉸約束，相當于約束白車身上四個連接點處各節(jié)點的XYZ三個方向的移動自由度如圖5所示。

圖5分析白車身彎曲剛度的約束方法

9

T/CSAEXXXX－XXXX

6.2.2白車身彎曲加載

通過在座椅安裝位置施加均布載荷的方式對白車身進行彎曲剛度計算加載，施加的最大載荷為

該車型最大載客量乘以750N，并向上圓整至1000N的整數(shù)倍。

6.2.3白車身最小彎曲剛度計算

當在白車身上施加最大均布載荷時，提取白車身上的最大垂向位移值，并按式（4）計算出白車

身的最小彎曲剛度。

??min=?/??(4)

式中，??min—白車身最小彎曲剛度，N/m；?—施加到白車身上的最大載荷，N；??—白車身的

最大垂向位移值，m。

6.2.4輕量化白車身彎曲剛度評價

白車身的最小彎曲剛度，應滿足該車型白車身彎曲剛度設(shè)計要求。如果不滿足設(shè)計要求，應根

據(jù)白車身彎曲剛度的相對靈敏度分析結(jié)果，調(diào)整對白車身彎曲剛度較敏感的輕量化設(shè)計變量并進行

結(jié)構(gòu)修改，再重新進行輕量化優(yōu)化設(shè)計，直至滿足設(shè)計要求。

6.3白車身扭轉(zhuǎn)剛度

6.3.1白車身扭轉(zhuǎn)約束設(shè)置

按照SAE-ChinaJ0701-2013中規(guī)定的約束方式，在白車身與后懸架減振器二個連接點處施加球

鉸約束，相當于約束其二個連接點處各接點的X、Y、Z三個方向的移動自由度，將前懸架減振器與

白車身二個連接點進行剛性連接，約束其中點處的X、Y、Z、My、Mz五個自由度，只保留其繞X軸

轉(zhuǎn)動的自由度Mx，如圖6所示。

圖6分析白車身扭轉(zhuǎn)剛度的約束方法

6.3.2白車身扭轉(zhuǎn)加載

采用在白車身與前懸架減振器連接點施加垂向集中反向載荷的方式對白車身進行扭轉(zhuǎn)加載，載

10

T/CSAEXXXX－XXXX

荷大小為該車型滿載時前軸荷的1/2，并向下圓整至1000N的整數(shù)倍，加載方式如圖7所示。

圖7分析白車身扭轉(zhuǎn)剛度的加載方式

6.3.3白車身最小扭轉(zhuǎn)剛度計算

當在白車身上施加最大扭轉(zhuǎn)載荷時，提取白車身上二個加載點處的最大垂向位移值?1和?2，并

按式（5）計算出白車身的最小扭轉(zhuǎn)剛度。

??

?=(5)

?????

式中，?????—白車身最小扭轉(zhuǎn)剛度，???/???；?—施加在白車身上的垂直載荷，N；?—兩

加載點之間的水平距離，m；?—白車身前后軸間相對扭轉(zhuǎn)角度，deg；如圖8所示。

圖8白車身前后軸間相對扭轉(zhuǎn)角

θ角的計算如式（6）所示。

|?|+|?|

?=?????[12]（6）

?

式中，U1—左側(cè)加載點處的垂向位移，m；U2—右側(cè)加載點處的垂向位移,m。

6.2.2.4白車身扭轉(zhuǎn)剛度評價

計算得到的輕量化白車身最小扭轉(zhuǎn)剛度，應該滿足該車型對白車身扭轉(zhuǎn)剛度的設(shè)計要求。如果

不滿足設(shè)計要求，應根據(jù)白車身扭轉(zhuǎn)剛度的相對靈敏度分析結(jié)果，調(diào)整對白車身扭轉(zhuǎn)剛度較敏感的

輕量化設(shè)計變量并進行結(jié)構(gòu)修改，再重新進行輕量化優(yōu)化設(shè)計，直至滿足設(shè)計要求。

11

T/CSAEXXXX－XXXX

6.3白車身一彎和一扭模態(tài)頻率

對輕量化后的白車身有限元模型進行自由模態(tài)分析，計算其一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率，應

該滿足對該車型白車身彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率設(shè)計要求。如果不滿足設(shè)計要求，應根據(jù)白車身一彎、

一扭頻率的相對靈敏度分析結(jié)果，調(diào)整對白車身一彎、一扭頻率較敏感的輕量化設(shè)計變量并進行結(jié)

構(gòu)修改，再重新進行輕量化優(yōu)化設(shè)計，直至滿足設(shè)計要求。

6.4白車身結(jié)構(gòu)抗撞性

6.4.1正碰被動安全性

按照GB11551-2014規(guī)定的試驗方法，進行整車正面碰撞仿真分析，車內(nèi)假人的傷害指標應滿

足國家標準規(guī)定的要求；如果不滿足正碰被動安全性要求，應根據(jù)白車身正碰安全件（前防撞梁、

吸能盒、前縱梁、前圍板等零部件）的結(jié)構(gòu)貢獻度分析結(jié)果，調(diào)整對白車身正碰安全件貢獻度較大

的輕量化設(shè)計變量并進行結(jié)構(gòu)修改，重新按照GB11551-2014進行正碰仿真分析和比較，直至滿足

正碰被動安全性要求。

6.4.2側(cè)碰安全性

按照GB20071-2006規(guī)定的試驗方法，進行整車側(cè)面碰撞仿真分析，車內(nèi)假人的傷害指標應滿

足國家標準規(guī)定的要求；如果不滿足側(cè)碰被動安全性要求，應根據(jù)白車身側(cè)碰安全件（B柱、門檻

梁、車門防撞橫梁、車頂橫梁等零部件）的結(jié)構(gòu)貢獻度分析結(jié)果，調(diào)整對白車身側(cè)碰安全件貢獻度

較大的輕量化設(shè)計變量并進行結(jié)構(gòu)修改，重新按照GB20071-2006進行側(cè)碰仿真分析和比較，直至

滿足側(cè)碰被動安全性要求。

6.4.3正面偏置碰撞安全性

按照GB/T20913-2007規(guī)定的試驗方法，進行整車40%正面偏置碰撞仿真分析，車內(nèi)假人的傷

害指標應滿足國家標準規(guī)定的要求；如果不滿足正面偏置碰撞被動安全性要求，應根據(jù)白車身正面

偏置碰撞安全件（前保險杠防撞梁、吸能盒、前縱梁、前圍板等零部件）的結(jié)構(gòu)貢獻度分析結(jié)果，調(diào)

整對白車身正面偏置碰撞安全件貢獻度較大的輕量化設(shè)計變量并進行結(jié)構(gòu)修改，再重新按照GB/T

20913-2007進行整車40%正面偏置碰撞仿真分析和比較，直至滿足正面偏置碰撞被動安全性要求。

7白車身輕量化評價方法

7.1白車身輕量化系數(shù)

為了評價不同車型和級別乘用車白車身的輕量化水平，并使評價結(jié)果具有可比性，采用以下輕

12

T/CSAEXXXX－XXXX

量化系數(shù)公式作為白車身輕量化效果的評價指標，來對白車身輕量化水平進行比較和評價，白車身

輕量化系數(shù)????按式（7）計算：

????3

????=×10（7）

???

式中，????—白車身結(jié)構(gòu)質(zhì)量（kg）；??—白車身的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度，???/???；?—四輪間的垂

向投影面積（即前、后輪平均輪距乘以軸距），m2；如圖9所示。

圖9白車身四輪間的垂向投影面積

7.1.1對于傳統(tǒng)燃料乘用車白車身，在計算白車身質(zhì)量MBIW和CT時，應包含水箱橫梁如圖9所

示；不含四門兩蓋、全車玻璃與可拆卸的副車架。

7.1.2在7.1.1規(guī)定的基礎(chǔ)上，對于新能源乘用車承載式白車身，因動力電池箱殼體連接到白車身

地板上，對白車身質(zhì)量MBIW和扭轉(zhuǎn)剛度CT影響很大，在白車身彎、扭和碰撞工況下起重要的承載

和傳力作用，在進行白車身性能驗證和輕量化系數(shù)計算時，均應包含動力電池箱殼體，但不包含其

內(nèi)部安裝的電池模組和控制器等零部件。

7.1.3在7.1.1規(guī)定的基礎(chǔ)上，對采用滑板式底盤平臺的全新架構(gòu)新能源乘用車非承載式白車身，

乘員艙與底盤車架機械連接，動力電池倉連接在底盤車架前、后端結(jié)構(gòu)中間的框架內(nèi)部，因底盤車

架、動力電池箱殼體對非承載式白車身質(zhì)量MBIW和扭轉(zhuǎn)剛度CT影響很大。它們共同承擔彎曲和扭

轉(zhuǎn)載荷，以及正碰、側(cè)碰和偏置碰沖擊載荷，在進行白車身性能驗證和輕量化系數(shù)計算時，除了乘

員艙外，還應包含底盤車架和動力電池箱殼體。同樣不包含動力電池箱內(nèi)部電池模組和控制器等零

部件，如圖10所示。

13

T/CSAEXXXX－XXXX

圖10滑板式全新架構(gòu)電動汽車底盤車架、電池箱和非承載車身

7.1.4白車身扭轉(zhuǎn)剛度對其輕量化系數(shù)有較大影響。試驗測量或有限元計算白車身扭轉(zhuǎn)剛度時，不

同約束和加載方式、車身最大扭轉(zhuǎn)變形量的提取位置、以及白車身上是否帶有前后風擋玻璃和副車

架對其扭轉(zhuǎn)剛度影響很大，從而使計算出來的白車身輕量化系數(shù)不具有可比性，式（7）中白車身扭

轉(zhuǎn)剛度CT的仿真計算方法按照6.3節(jié)進行，白車身扭轉(zhuǎn)剛度的物理試驗測試方法按照SAE-China

J0701-2013測量。

7.2白車身輕量化效果評價

得到的白車身輕量化系數(shù)????應該滿足對白車身輕量化設(shè)計的目標要求，如果不滿足要求，重

新進行白車身結(jié)構(gòu)的輕量化多目標協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，來進一步降低白車身質(zhì)量，增加白車身扭轉(zhuǎn)剛度，

直至滿足白車身輕量化系數(shù)的目標要求。利用白車身輕量化系數(shù)進行不同車型乘用車白車身輕量化

水平進行評價比較時，按照傳統(tǒng)燃料車型白車身，裝用承載式車身結(jié)構(gòu)的新能源乘用車白車身，以

及裝用非承載式車身結(jié)構(gòu)的滑板式全新架構(gòu)新能源乘用車白車身三種類別分別進行評價和比較，才

具有可比性。

14

T/CSAEXXXX－XXXX

參考文獻

[1]Wang,Dengfeng,Cai,Kefang.Multi-objectivecrashworthinessoptimizationofvehicle

bodyusingparticleswarma