基于矛盾分析法的汽车轻量化与安全性的兼顾

1、创新设计方法与实践创新设计方法与实践 苟明兴 151030103921 设计项目：轿车绿时代2 用户需求：经济+安全随着人们生活水平的逐步提高，以往大部分人们对轿车的追求一味是“省”的心态已经逐步被安全平衡化了。即人们需要的轿车不仅要满足经济性，还需要满足良好的安全性！3 理想化轿车 因为现在人们的心态已经逐步转变为经济安全。现如今人们所谓理想化轿车必须满足经济和安全这个要求，即经济性良好和安全性良好！ 轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解，重量轻了，可以带来更好的操控性，经济性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度。有研究数字显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6

2、%-8%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。汽车车身约占汽车总质量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上。基于此，当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 汽车安全性（automobile safety）汽车在行驶中避免事故，保障行人和乘员安全的性能，一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。在道路交通事故中，汽车本身的安全性能也是不可忽视的因素。汽车安全性能好，往往可以避免事故的发生或减少伤亡的程度。4 技术矛盾：轻量化和安全性轿车经济性和轿车质量之间的关系图 在20

3、14年10月14日北京举行的“汽车轻量化成果媒体沟通会”上，中国汽车工程学会副秘书长张宁指出，车辆的轻量化与安全性并非对立矛盾，而是一对可调和的技术矛盾,但是如何调和这一矛盾是我们汽车业界遇到的一个难题。事实证明，在各种新的设计理念、新技术、新材料和新工艺的集成应用下，完全可以实现安全性、轻量化水平的共同提升。国内外的诸多碰撞案例也表明，应用了轻量化技术的车型，在碰撞测试中，同样取得了不错的成绩。 但是仅仅依靠缩减汽车的质量来改善其经济性是不行的，缩减质量的同时要保证汽车车身有一定的刚度，而且对于车身结构也需要一个更加合理的构形。所以如何调和轻量化与安全性是一个革命性的问题。5 创新原则 通过

4、查询矛盾矩阵表改善参数27和恶化参数1交叉处即得到创新原则3,10,8,406 原则分析 序号原则有用原则方案3局部质量让物体的各部分执行不同的功能在常常碰撞的地方质量区别于其他车身，优化轿车上各部分质量分配8重量补偿将物体与另一具有升力的物体组合，来补偿物体的重量对发动机舱部分质量进行补偿10预先作用在方便的位置预先安置物体，使其在最适当的时机发挥作用而不浪费时间在车头必要位置增设如保险杠一类的装置40复合材料将物质由单一材料转换用复合材料使用质量轻而耐撞的复合材料7 方案合成 一是汽车结构的轻量化优化设计，如结构拓扑优化、尺寸优化、形貌优化和多目标协同优化设计等。二是应用高强度和轻质材料；

5、如应用高强度钢、先进高强度钢和超高强度钢，铝镁合金，工程塑料、纤维增强复合材料等。三是采用先进的轻量化制造工艺技术。如激光拼焊、辊压成形、高强钢热成形、内高压成形等先进制造技术，结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术。8 方案分析 由于要使得轿车整备质量和汽车安全性要有一个比较协调的关系，那么我们可以在设计汽车的过程中进行多目标函数优化设计以及对轿车构型进行拓扑优化，最终得出一个既满足经济性又满足安全性的汽车构型。换言之，也就是通过优化设计使得汽车在保证轿车整备质量（即经济性较好）较低的情况下，使得我们轿车的安全性能也达到安全标准。 从以上案例我们可以看出整个解决问题的过程，TRIZ理论始终在思想上指导着我前进，通过一步一步的具体的指