電動(dòng)汽車車身輕量化設(shè)計(jì)

單承標(biāo)

摘 要：能源和環(huán)境問題讓電動(dòng)能源汽車有了更加廣闊的發(fā)展前景，純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車也成為了汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)電動(dòng)汽車來說，現(xiàn)階段因?yàn)殡姵貑挝毁|(zhì)量?jī)?chǔ)能較低以及續(xù)航情況較弱，因此必須要重

視其車身的輕量化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；輕量化；車身設(shè)計(jì)

1 電動(dòng)汽車車身輕量化設(shè)計(jì)

1.1

尺寸優(yōu)化方法 尺寸優(yōu)化即是在給定結(jié)構(gòu)的類型、材料以及幾何外形的基礎(chǔ)上，對(duì)不同組成構(gòu)件的截面尺寸予以優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最輕化，比如說對(duì)節(jié)點(diǎn)附近已定的桁架結(jié)構(gòu)得出各梁的最優(yōu)截面尺寸；對(duì)幾何形狀確定的平面板結(jié)構(gòu)求各個(gè)位置的最佳厚度等。

1.2

形狀優(yōu)化方法 形狀優(yōu)化即是當(dāng)結(jié)構(gòu)類型、材料以及布局確定的基礎(chǔ)上，對(duì)車身結(jié)構(gòu)的幾何形狀予以優(yōu)化，比如說在布局確定的情況下對(duì)桁架的節(jié)點(diǎn)位置予以優(yōu)化設(shè)計(jì)；對(duì)內(nèi)部開孔尺寸以及形狀予以優(yōu)化。形狀優(yōu)化法和尺寸優(yōu)化法屬于幾類優(yōu)化方法中發(fā)展最為成熟且最容易實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)前應(yīng)用相對(duì)普遍，較多商業(yè)有限元軟件內(nèi)部都具備這一模塊。

1.3

形貌優(yōu)化方法 形貌優(yōu)化屬于形狀優(yōu)化法的進(jìn)一步拓展，采用的變量是形狀變量。形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)位置首先被分為很多獨(dú)立變量，之后進(jìn)行迭代優(yōu)化，同時(shí)計(jì)算出變量對(duì)結(jié)構(gòu)所造成的影響。通過指定板殼單元節(jié)點(diǎn)在其法向的移動(dòng)量，對(duì)有限元網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)形狀予以調(diào)整，最終得到符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的最優(yōu)化移動(dòng)節(jié)點(diǎn)區(qū)域的組合，它和基于鈑金面上的強(qiáng)化筋布置設(shè)計(jì)流程比較相似。形貌優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包含車身零件頻率和強(qiáng)度等參數(shù)，設(shè)計(jì)變量為節(jié)點(diǎn)位移變化向量，加強(qiáng)筋方向通常來說和沖壓方向相同，還應(yīng)當(dāng)確定最大和最小起筋寬度以及加強(qiáng)筋角度等；設(shè)計(jì)變量區(qū)間選擇也能夠當(dāng)作約束條件進(jìn)行處理 [1]。

1.4

拓?fù)鋬?yōu)化方法 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及形貌優(yōu)化全部是在結(jié)構(gòu)布局固定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，優(yōu)化設(shè)計(jì)可以達(dá)到的實(shí)

際作用也僅僅限制在之前所確定的設(shè)計(jì)布局中，無法對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问竭M(jìn)行更改。所以，可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)開始時(shí)，選擇拓?fù)鋬?yōu)化的方式來實(shí)現(xiàn)車身輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。拓?fù)鋬?yōu)化措施指的是在給定的區(qū)域中，按已知外載和支承等約束條件，計(jì)算出承受單位荷載的最佳結(jié)構(gòu)材料分配方案，從而確保結(jié)構(gòu)剛度的最大化或者讓輸出位移和應(yīng)力等符合規(guī)定要求，拓?fù)鋬?yōu)化方法是有限元分析以及數(shù)學(xué)優(yōu)化措施的結(jié)合。

2 輕量化車身連接技術(shù)

2.1

中頻焊接 中頻逆變直流電阻焊控制電源是通過整流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電，通過功率開關(guān)器件構(gòu)成的逆變電流轉(zhuǎn)化為中頻方波接入變壓器。逆變器一般來說選擇電流反饋脈寬調(diào)制來保證相對(duì)穩(wěn)定的電流輸出。中頻定位焊接的優(yōu)勢(shì)在于熱效率較好，電流焊接熱效率相對(duì)交流定位焊接來說更高，同時(shí)還能夠選擇低電流進(jìn)行焊接。所以，中頻定位焊接技術(shù)可以對(duì)高強(qiáng)度鋼、帶鍍層鋼板、鋁合金和不銹鋼等多種材料實(shí)施焊接。

2.2

激光焊 高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度一般來說是普通鋼板的 3倍左右，鋁的電阻相對(duì)鋼來說更小且具備更優(yōu)的導(dǎo)熱系數(shù)，借助于傳統(tǒng)的定位焊接方法是無法進(jìn)行的。現(xiàn)階段汽車制造行業(yè)應(yīng)用相對(duì)普遍的激光焊接技術(shù)一般包括了如下幾種：激光釬焊、激光熔化焊以及激光 MIG復(fù)合焊。采用激光焊接技術(shù)對(duì)高強(qiáng)度鋼進(jìn)行焊接，能夠讓車身遭遇撞擊后將能量轉(zhuǎn)移到高強(qiáng)度鋼板上，從而有效的增加車身強(qiáng)度。激光焊接能夠應(yīng)用到各種型號(hào)、異種金屬的焊接工作中，特別符合超高強(qiáng)度鋼板與輕合金的焊接要求。

2.3

特種焊接 特種焊接技術(shù)通常適合熱塑型汽車復(fù)合材料的焊接，其優(yōu)勢(shì)在于具備良好的機(jī)械性能，連接位置的耐用性較強(qiáng)，焊接作業(yè)時(shí)間短，檢測(cè)方便等?，F(xiàn)階段，熱塑性汽車復(fù)合材料的焊接處理技術(shù)包括以下兩種類型：超聲波焊接以及電感應(yīng)焊接。但是這兩類焊接方法的缺陷在于：電感應(yīng)焊接作業(yè)過程中必須在復(fù)合材料內(nèi)加入導(dǎo)電性填料，同時(shí)兩種焊接技術(shù)可允許的碳纖維含量非常低。

2.4

機(jī)械連接 機(jī)械連接一般是借助于鉚釘與螺栓，無需對(duì)其表面實(shí)施預(yù)先處理或后續(xù)拋光，如此就更有利于反復(fù)拆卸作業(yè)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大影響。相對(duì)于鎂合金與其它材料的連接，可依靠機(jī)械連接與粘接的混合連接方式，如盲鉚、半空心鉚以及實(shí)心鉚等冷沖鉚連接技術(shù)。機(jī)械連接方法通常應(yīng)用在鋼材、輕合金等異種材料之間的連接作業(yè)中 [2]。

3 結(jié)語

當(dāng)前，新能源汽車技術(shù)得到了飛速發(fā)展，寶馬、奔馳、豐田等世界知名汽車廠商也越來越重視這一市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)很多自主汽車品牌也開始制定電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略。創(chuàng)新與發(fā)展電動(dòng)汽車車身輕量化技術(shù)，讓其擁有更好的動(dòng)力性與舒適性，是增強(qiáng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效方式，也是未來汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向，因此有必要對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫飛豹 .電動(dòng)汽車車身輕量化設(shè)計(jì)芻議 [J].商.2014（51）：156.

[2]廖君，王馮良，胡望岳等 .電動(dòng)轎車車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì) [J].機(jī)電工程.2009（26）：76.