丁振森，方海峰，姚占輝，王佳，周怡博

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

近年來，我國的資源、能源短缺，環(huán)境污染等問題凸顯。大、中型客車保有量雖然僅占2%左右，卻是CO、碳?xì)浠衔铩O和顆粒物的主要貢獻(xiàn)者，占比分別為12.2%、14.1%、21.3%和17.4%。WANG Qiang 等預(yù)計(jì)，中國2030 年石油的對(duì)外依存度將超過80%。此外，客車的生產(chǎn)需要消耗大量的鋼材、鋁材、橡膠等金屬及非金屬材料，LCA已作為評(píng)估和探尋解決上述問題的路徑的重要手段在汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，面對(duì)發(fā)展與可持續(xù)的矛盾，汽車開發(fā)與LCA 協(xié)同路徑研究的重要性不言而喻。

當(dāng)前，汽車輕量化技術(shù)已成為節(jié)能減排的重要途徑，是汽車開發(fā)的重要形式，對(duì)其進(jìn)行LCA 協(xié)同路徑的研究意義重大。 20 世紀(jì)早期，MICHELL便論述了桁架理論，奠定了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。隨后，結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的研究逐漸深入。SHIN 等采用形狀優(yōu)化技術(shù)和尺寸優(yōu)化技術(shù)對(duì)汽車門進(jìn)行了優(yōu)化；吉林大學(xué)陳吉清等和清華大學(xué)劉江等分別采用尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)大客車骨架進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法逐漸成熟，工藝輕量化與材料輕量化的手段逐漸涌現(xiàn)。GEORGE 等對(duì)B 柱沖壓件的加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用分區(qū)熱沖壓技術(shù)，通過不同部分的溫度變化調(diào)配B 柱不同部分的性能。朱梅云基于液壓成型工藝原理和特點(diǎn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板沖壓件進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證了該工藝對(duì)輕量化設(shè)計(jì)的可行性。目前，為了更好解決多目標(biāo)優(yōu)化問題，多種智能優(yōu)化算法在國外悄然誕生并成為未來的發(fā)展趨勢(shì)，KANE 等、YILDIZ 等和KHALKHALI等已經(jīng)提出蟻群算法和遺傳算法，用于對(duì)金屬板、汽車地板結(jié)構(gòu)和客車薄壁梁的優(yōu)化；北京理工大學(xué)張軍等借鑒遺傳算法的模式對(duì)客車車身骨架進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。

國內(nèi)外對(duì)LCA 的研究相對(duì)較晚，汽車輕量化生命周期最早應(yīng)用于汽車零部件，SUBIC 等利用LCA方法對(duì)輕量化前后的汽車座椅進(jìn)行了評(píng)價(jià)。隨著LCA 的發(fā)展，汽車輕量化的綠色設(shè)計(jì)方法也在不斷成熟，SCH?GGL 等提出了一種綠色產(chǎn)品開發(fā)的路徑，將輕量化技術(shù)和生命周期緊密結(jié)合；SANTOS 等開發(fā)了一套體系，該體系重在能夠高效地用新材料或者新工藝替換原有部件或工藝，且已在重型商用車的輕量化領(lǐng)域中得到應(yīng)用；劉海東對(duì)乘用車輕量化后的綠色效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，提出了乘用車的輕量化綠色效應(yīng)評(píng)價(jià)體系。

綜上所述，國外對(duì)汽車輕量化開發(fā)的研究較早，也較為深入，并將LCA 方法引入輕量化后產(chǎn)品的生態(tài)效益評(píng)價(jià)。然而，并沒有深入探究汽車開發(fā)與LCA 的協(xié)同路徑，以達(dá)到可持續(xù)開發(fā)的目標(biāo)，國內(nèi)的研究更是滯后于國外，對(duì)LCA 應(yīng)用于汽車開發(fā)中的研究較少。本研究區(qū)別于目前國內(nèi)外的相關(guān)研究，提出汽車開發(fā)與LCA 串行開發(fā)和并行開發(fā)兩種協(xié)同路徑，并以純電動(dòng)客車底架輕量化開發(fā)為研究對(duì)象，采用LCA 串行開發(fā)路徑，對(duì)其資源、能源消耗和環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并行開發(fā)將在未來研究中繼續(xù)進(jìn)行探討，本研究既可探究純電動(dòng)客車輕量化節(jié)能減排的關(guān)鍵階段，也可為相關(guān)汽車開發(fā)與LCA有效協(xié)同提供借鑒。

1 汽車開發(fā)與生命周期協(xié)同路徑

傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)品開發(fā)流程多是從需求分析開始，進(jìn)而進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后為保證其性能需要對(duì)其進(jìn)行CAE 性能分析（借助軟件仿真模擬），當(dāng)性能滿足安全使用條件后便可進(jìn)行小批量試制，樣車試制完成后進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，在試驗(yàn)確定性能良好后便可批量生產(chǎn)，此種設(shè)計(jì)流程并未考慮其產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保屬性。近年來，隨著國家對(duì)節(jié)能減排的高度重視，產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)研究逐漸展開，LCA作為生態(tài)設(shè)計(jì)的重要方法得到了廣泛應(yīng)用。

汽車產(chǎn)品開發(fā)與LCA串行開發(fā)方案如圖1所示，此種方案是在小批量試制階段后進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)。此時(shí)，如果評(píng)價(jià)結(jié)果表明該產(chǎn)品不符合綠色標(biāo)準(zhǔn)，需再返回到概念設(shè)計(jì)階段進(jìn)行改進(jìn)，過程較繁瑣，且成本較高。

圖1 串行開發(fā)方案

目前，對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行生態(tài)開發(fā)的研究較少，未來，為了降低成本，提高靈活性與前瞻性，并行開發(fā)方案將更加適用，并行開發(fā)方案的協(xié)同路徑如圖2所示。其在汽車開發(fā)的各個(gè)階段均進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)，并實(shí)時(shí)反饋結(jié)果，每次優(yōu)化均可在當(dāng)前階段完成，具有反饋時(shí)效性高、調(diào)整成本低、優(yōu)化顆粒度高等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 客車底架生態(tài)開發(fā)并行方案構(gòu)想

本研究對(duì)客車底架的生態(tài)開發(fā)采用的是串行開發(fā)方案，并在計(jì)算模型中留有并行開發(fā)接口，未來可擴(kuò)展研究并行開發(fā)協(xié)同路徑。此外，串行開發(fā)方案將是汽車產(chǎn)品生態(tài)開發(fā)的有效探索。

2 客車底架輕量化設(shè)計(jì)

本文客車底架的輕量化設(shè)計(jì)，是在對(duì)該底架對(duì)應(yīng)的整個(gè)大客車車身骨架進(jìn)行有限元分析和模態(tài)分析后，驗(yàn)證了其車身結(jié)構(gòu)靜態(tài)強(qiáng)度和剛度存在設(shè)計(jì)裕量且底架裕量較大，以及固有動(dòng)態(tài)特性良好的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

2.1 OptiStruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

OptiStruct 優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)（最大/最小值）函數(shù)和約束條件為其三要素。設(shè)計(jì)變量是一組可變參數(shù)，它們?cè)趦?yōu)化過程中通過值的改變來優(yōu)化性能；目標(biāo)函數(shù)是所要獲取某項(xiàng)性能的最小值或最大值，與設(shè)計(jì)變量之間具有函數(shù)關(guān)系；約束條件是對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行限制以使設(shè)計(jì)變量或其他性能滿足相應(yīng)的要求。用數(shù)學(xué)模型可表示為：

式中：=(，，…，x)為設(shè)計(jì)變量，如骨架的長、寬、厚度等；u、σ、w、x分別為位移約束、應(yīng)力約束、頻率約束和尺寸約束；為工況。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)需要選擇其中一個(gè)或者幾個(gè)進(jìn)行約束。

OptiStruct的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 OptiStruct的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

2.2 設(shè)計(jì)變量的選擇

對(duì)于大客車底架優(yōu)化來說，設(shè)計(jì)變量取得越多，優(yōu)化效果越好，但也存在一個(gè)問題就是工作量太大，計(jì)算時(shí)間太長，因此，設(shè)計(jì)變量取得越少越接近實(shí)際工作要求。由于既要保證底架性能，又要使其輕量化效果明顯，所以選擇的設(shè)計(jì)變量要滿足兩個(gè)要求：一是選擇的部件在底架結(jié)構(gòu)件總質(zhì)量中有較大的占比，二是選擇的部件參數(shù)的改變對(duì)底架的剛度和低階固有頻率影響不大。

將客車底架按結(jié)構(gòu)分為前、中、后3 段，根據(jù)設(shè)計(jì)變量的選取原則，分別選取前段橫梁、前段縱梁、中段橫梁、中段縱梁、后段橫梁、后段縱梁為設(shè)計(jì)變量，變量的選取如圖4所示。

圖4 設(shè)計(jì)變量的選擇

車身骨架在具體的優(yōu)化過程中需要給定所選9個(gè)變量的初值，為便于比較，以該純電動(dòng)客車的原始設(shè)計(jì)為初始方案。

根據(jù)2.1 節(jié)建立的數(shù)學(xué)模型可知，在優(yōu)化過程中必須給定設(shè)計(jì)變量的最大值和最小值的限制，這在OptiStruct 中可以通過給設(shè)計(jì)變量賦予最值約束來解決。各設(shè)計(jì)變量的名稱、初始值以及設(shè)計(jì)變量的最大值和最小限值見表1。

表1 設(shè)計(jì)變量賦值表

2.3 約束條件及目標(biāo)函數(shù)

本研究純電動(dòng)客車采用全板殼單元建立有限元模型，根據(jù)以前的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)可知，該模型計(jì)算規(guī)模大，計(jì)算時(shí)間長，如果優(yōu)化過程中設(shè)置過多的約束條件，則時(shí)間上很不經(jīng)濟(jì)，因此只選擇靜態(tài)應(yīng)力作為約束條件，然后再對(duì)優(yōu)化后的整車剛度和模態(tài)進(jìn)行校核，以保證結(jié)果的可靠性。

由于本研究采用的客車模型較大，選取的設(shè)計(jì)變量占整個(gè)模型的比例較低，為使目標(biāo)函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的改變更加敏感，只能選質(zhì)量分?jǐn)?shù)或者體積分?jǐn)?shù)作為設(shè)計(jì)變量，而體積分?jǐn)?shù)只針對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算效率較高，所以選擇體積分?jǐn)?shù)作為目標(biāo)函數(shù)。

2.4 優(yōu)化計(jì)算及結(jié)果分析

OptiStruct 輕量化設(shè)計(jì)模型搭建完成后便可進(jìn)行求解計(jì)算，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)步長選擇默認(rèn)為0.1 mm，在軟件中迭代5 次結(jié)束優(yōu)化，最終得到設(shè)計(jì)變量的厚度見表2。

表2 優(yōu)化前后各管件的厚度值

由于在實(shí)際生產(chǎn)工藝中所采用的型材都是有標(biāo)準(zhǔn)和特定規(guī)格的，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果來定制型材成本太高。因此，本研究還需要按照型材標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行圓整，圓整后的各管件厚度見表3。

表3 圓整后各管件的厚度值

圓整后，原設(shè)計(jì)變量骨架質(zhì)量為266.3 kg，現(xiàn)質(zhì)量為213.8 kg，質(zhì)量減輕52.5 kg，占比為19.7%，對(duì)所選設(shè)計(jì)變量來說輕量化效果明顯。對(duì)底架來說質(zhì)量減輕了4.2%（原底架質(zhì)量為1 242 kg）。

優(yōu)化完成后，對(duì)整車再次進(jìn)行有限元分析和模態(tài)分析以驗(yàn)證其是否滿足結(jié)構(gòu)性能要求。結(jié)果表明，除扭轉(zhuǎn)工況下頂蓋和底架的最大強(qiáng)度略微超過了許用應(yīng)力但遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力外，其他性能均良好，彎曲工況下強(qiáng)度甚至有所提高，認(rèn)為優(yōu)化后整車性能滿足要求。

3 純電動(dòng)客車底架全生命周期評(píng)價(jià)研究

3.1 評(píng)價(jià)方法

LCA是指對(duì)一種產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行整個(gè)生命周期（從原料采集和處理、加工制作、運(yùn)銷、使用復(fù)用、再循環(huán)，直至產(chǎn)品最終處置和廢棄等）中各個(gè)階段的資源耗竭和環(huán)境排放影響進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，其本質(zhì)是評(píng)估某種材料、某個(gè)生產(chǎn)過程、某種產(chǎn)品或系統(tǒng)在整個(gè)生命周期過程中對(duì)資源、能源和環(huán)境的影響。

3.1.1 系統(tǒng)邊界和功能單位

本文所選的研究對(duì)象為12 m 純電動(dòng)客車底架部分，在建模過程中為了保證可操作性，根據(jù)一定規(guī)則進(jìn)行了簡(jiǎn)化。為了降低生命周期分析過程的復(fù)雜性，保證研究的可行性，將以簡(jiǎn)化后的模型為對(duì)象進(jìn)行分析，并忽略那些質(zhì)量較小且對(duì)結(jié)果影響較小的零部件。本研究?jī)H包括大客車底架，由于物流過程、銷售階段和維護(hù)過程情形比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低，所以不將其考慮在系統(tǒng)邊界內(nèi)，在其整個(gè)生命周期內(nèi)不考慮維修，兩者的全生命周期共包括4 個(gè)階段，分別為：原材料獲取階段、制造階段、使用階段、報(bào)廢回收階段。系統(tǒng)邊界如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)邊界

功能單位是指經(jīng)過量化的產(chǎn)品功能或績(jī)效特征，選擇與其他類似研究相同的功能單位可確保不同LCA 研究結(jié)果之間具備相對(duì)可比性。因此，本文的功能單位為同一輛12 m 純電動(dòng)客車的底架，客車的滿載質(zhì)量為18 t，并且都在中國道路上行駛80 000 km，然后報(bào)廢回收的過程。

3.1.2 數(shù)據(jù)來源與評(píng)價(jià)指標(biāo)

本研究中客車底架各階段所需的實(shí)景數(shù)據(jù)主要來源于上文所用的實(shí)際數(shù)據(jù)模型（材料和質(zhì)量）以及參考文獻(xiàn)，一小部分來源于企業(yè)調(diào)研，而背景數(shù)據(jù)主要指上游過程數(shù)據(jù)，主要來源于GaBi ts數(shù)據(jù)庫中2020年的數(shù)據(jù)。

選用CML2001 模型對(duì)其進(jìn)行影響評(píng)價(jià)，并結(jié)合萊頓環(huán)境科學(xué)中心（Centrum voor Milieuwetenschapen in Leiden，CML）的資源耗竭特征化法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使其更符合中國目前的礦產(chǎn)資源采儲(chǔ)現(xiàn)狀，最后根據(jù)生態(tài)指數(shù)法的分類原則選取礦產(chǎn)資源消耗（ADP（e））、化石能源消耗（ADP（f））、全球變暖潛值（GWP）、酸化潛值（AP）、水體富營養(yǎng)化潛值（EP）、光化學(xué)煙霧潛值（POCP）和臭氧層損耗潛值（ODP）等7項(xiàng)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2 評(píng)價(jià)模型

3.2.1 原材料獲取階段

原材料獲取階段的評(píng)價(jià)模型如圖6 所示。計(jì)算的數(shù)學(xué)模型如式（6）和式（7）所示。

圖6 原材料獲取階段評(píng)價(jià)模型

式中：為輕量化前制造底架所需的原材料的量；為輕量化后制造底架所需的原材料的量；為底架不同的矩形管；為輕量化前底架的質(zhì)量；為輕量化后底架的質(zhì)量；、分別為矩形管加工過程中的材料利用率對(duì)角矩陣和材料制備過程中的材料利用率對(duì)角矩陣。

3.2.2 制造階段

制造過程一般在制造廠內(nèi)完成，主要消耗電能和熱能，少量的潤滑油在機(jī)加工過程中也是必要的。此過程主要考慮該階段的各種能源消耗，而忽略不計(jì)直接環(huán)境排放，間接排放主要來源于各能源上游。制造階段的評(píng)價(jià)模型如圖7 所示。數(shù)學(xué)計(jì)算模型如式（8）和式（9）所示。

圖7 制造階段評(píng)價(jià)模型

式中：為制造階段輕量化前電能和熱能消耗；為制造階段輕量化后電能和熱能消耗；為制造階段單位質(zhì)量材料電能的消耗；為制造階段單位質(zhì)量材料熱能的消耗。

3.2.3 使用階段

在客車的運(yùn)行使用過程中，底架作為客車主要的承載和受力結(jié)構(gòu)，其某部分發(fā)生損壞的概率極低，一旦出現(xiàn)問題將會(huì)極大影響該客車的行駛壽命。此外，底架部件的維修更換數(shù)據(jù)不易獲取，準(zhǔn)確度不高。因此，本研究不考慮底架部件的維修和更換過程。使用階段的評(píng)價(jià)模型如圖8所示。

圖8 使用階段的評(píng)價(jià)模型

在客車運(yùn)行使用的過程中，底架自身的質(zhì)量會(huì)消耗一定的燃料并伴隨污染物的排放，查閱大量文獻(xiàn)資料可知，客車底架依附于客車，所以按客車底架質(zhì)量占整車質(zhì)量的比重來計(jì)算其燃料消耗和環(huán)境影響。由于所選研究對(duì)象為12 m 城市混合動(dòng)力客車，在其行駛過程中，根據(jù)實(shí)際情況按照油電混合驅(qū)動(dòng)行駛來計(jì)算。

對(duì)于底架在使用階段的耗油量，根據(jù)底架的質(zhì)量與整車質(zhì)量的比例進(jìn)行分配，計(jì)算方法如式（10）所示。

式中：為該城市混合動(dòng)力客車底架使用階段總的油耗；為客車百公里耗油量；為該客車全生命周期行駛的總里程；為底架質(zhì)量；為整車質(zhì)量。

對(duì)于底架在使用階段的耗電量，同樣根據(jù)底架質(zhì)量與整車質(zhì)量的比例進(jìn)行分配，計(jì)算模型如式（11）所示。

式中：為百公里電能的消耗量；為電池充電的效率；為電池放電的效率。

3.2.4 報(bào)廢回收階段

報(bào)廢回收階段的評(píng)價(jià)模型如圖9 所示，計(jì)算的數(shù)學(xué)模型如式（12）和式（13）所示。

圖9 報(bào)廢回收階段的評(píng)價(jià)模型

式中：為底架輕量化前報(bào)廢回收階段節(jié)約的能量；為底架輕量化后報(bào)廢回收階段節(jié)約的能量；為輕量化前底架報(bào)廢回收需要消耗的能量；為輕量化后底架報(bào)廢回收需要消耗的能量；為材料的回收率。

3.3 影響評(píng)價(jià)與結(jié)果解釋

根據(jù)客車底架全生命周期的GaBi 計(jì)算模型和CML2001的特征化方法，可以得到所選7類資源環(huán)境影響指標(biāo)全生命周期的特征化結(jié)果，見表4。

由表4 可知，在原材料獲取階段、制造階段和使用階段，輕量化前礦產(chǎn)資源和化石能源消耗均大于輕量化后，5 種環(huán)境影響也均大于輕量化后，只是各個(gè)階段差值略有差別。在報(bào)廢回收階段，資源消耗和環(huán)境排放都為負(fù)值的主要原因，是報(bào)廢回收階段對(duì)客車底架的廢舊鋼進(jìn)行了回收，節(jié)約了原材料階段部分資源的消耗及其上游的排放，本研究將消耗設(shè)為正值而收益設(shè)為負(fù)值。輕量化前，客車底架通過報(bào)廢回收產(chǎn)生的礦產(chǎn)資源的收益大于輕量化后，而產(chǎn)生的化石能源的收益也大于輕量化后；對(duì)于5種環(huán)境排放，客車底架輕量化前減少的GWP大于輕量化后，AP、EP、POCP 和ODP 的收益均大于輕量化后。就其全生命周期而言，對(duì)于資源消耗，客車底架輕量化前的礦產(chǎn)資源消耗和化石能源消耗均大于輕量化后；對(duì)于環(huán)境影響，輕量化前，5種環(huán)境影響的特征化值也均大于特征化后。

表4 輕量化前后客車底架全生命周期指標(biāo)特征化結(jié)果

為了進(jìn)一步說明全生命周期各種環(huán)境影響類型的相對(duì)重要性并得出綜合環(huán)境影響值，將GWP、POCP、EP、AP、ODP 五種環(huán)境影響類型進(jìn)一步進(jìn)行歸一化和加權(quán)，其結(jié)果見表5。

由表5 可知，輕量化前全生命周期的礦產(chǎn)資源消耗大于輕量化后，原材料獲取階段差距較大，主要是原材料獲取階段是礦產(chǎn)資源消耗的主要階段，而輕量化后不但減少了鋼材消耗，還降低了制造過程的能耗，進(jìn)一步降低了礦產(chǎn)資源的消耗，報(bào)廢回收階段輕量化前的收益大于輕量化后，主要是輕量化前報(bào)廢回收階段回收了更多鋼材。輕量化前全生命周期的化石能源消耗大于輕量化后，使用階段差距較大，主要是使用階段占生命周期比例較大，輕量化前由于質(zhì)量較大，在使用階段消耗了更多燃料，燃料消耗差距在使用階段積累導(dǎo)致輕量化前使用階段化石能源消耗明顯大于輕量化后。

表5 輕量化前后客車底架全生命周期歸一化和加權(quán)值

輕量化前客車底架的各種環(huán)境類型影響潛值的大小順序?yàn)椋篏WP＞AP＞POCP＞EP＞ODP，輕量化后順序不變。輕量化前客車底架的全生命周期綜合環(huán)境影響值大于輕量化后，主要是制造階段輕量化后質(zhì)量的降低以及部分焊接部位的減少導(dǎo)致了能耗的降低，這里的能耗主要指電耗，而我國電力又以煤電為主，因此輕量化后的各種環(huán)境排放物要低于輕量化前。

4 討論

本文以客車底架的串行LCA 開發(fā)為例，論述了輕量化后整車的節(jié)能減排效果，該方法只是LCA引入工程設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，該方法仍存在調(diào)整成本高，前瞻性不足等問題，未來根據(jù)LCA 階段劃分的汽車并行設(shè)計(jì)方法將有效地在設(shè)計(jì)之初預(yù)見問題，甚至可以將環(huán)境影響計(jì)算模塊化嵌入CAD 等設(shè)計(jì)軟件，便于設(shè)計(jì)人員掌握材料的生態(tài)屬性。

5 結(jié)論

安全、節(jié)能、環(huán)保逐漸成為汽車工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，本文以客車底架的輕量化工程實(shí)際為例引入LCA法進(jìn)行串行開發(fā)路徑研究，主要得出以下結(jié)論：

（1）通過尺寸優(yōu)化，所選客車底架總共輕質(zhì)量52.5 kg，且輕量化后的客車底架整車彎曲工況下強(qiáng)度略有提高，剛度略有降低，但符合設(shè)計(jì)要求，極限扭轉(zhuǎn)工況下的剛度、強(qiáng)度均有輕微降低，但都滿足設(shè)計(jì)要求。通過模態(tài)分析可知，輕量化后的客車靜態(tài)振動(dòng)特性在各個(gè)工況下均為良好。

（2）由生命周期分析可知，輕量化后客車底架全生命周期的礦產(chǎn)資源消耗、化石能源消耗和環(huán)境影響綜合值分別為：1.01×10kg Sb-eq.、1.50×10MJ 和8.80×10。輕量化后各個(gè)階段的礦產(chǎn)資源消耗、化石能源消耗和環(huán)境排放均有減少，整個(gè)生命周期的礦產(chǎn)資源消耗減少0.4×10kg Sb-eq.，降低了3.81%，化石能源消耗減少0.7×10MJ，降低了4.46%，綜合環(huán)境影響值減少0.42×10，降低了4.56%。

（3）串行開發(fā)路徑適用于以輕量化為例的各種開發(fā)情景，但對(duì)于完整的汽車開發(fā)而言，由于其開發(fā)周期長（一般大于36 個(gè)月），開發(fā)結(jié)束后再進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)雖能發(fā)現(xiàn)生態(tài)問題，但調(diào)整難度大、成本高，未來并行開發(fā)方案將能解決該問題，可通過預(yù)留接口進(jìn)一步探究。