電動汽車車身骨架設(shè)計及分析綜述

張超賓

眾所周知，我國是世界上人口最多的國家，如果中國每家每戶都可以開上汽車的話，那么石油資源一定會供不應(yīng)求，也會帶來嚴重的環(huán)境問題。所以，中國一定要發(fā)展電動汽車，這符合我國的實際情況，同時也是社會發(fā)展的必然趨勢。車身是汽車的重要部分之一，電動汽車的車身結(jié)構(gòu)需要有足夠的強度，這樣才可以保證人們的安全。同時，電動汽車也需要擁有足夠的剛度，以便可以正常工作，人們還要設(shè)計出合理的動態(tài)特性，以控制電動汽車的振動以及噪聲。此外，如果實現(xiàn)車身的輕量化目標，那么電動汽車就可以擁有較強的續(xù)航能力，所以，不斷優(yōu)化設(shè)計電動汽車車身的結(jié)構(gòu)是非常重要的。

1 設(shè)計車身骨架的必要性

電動汽車的重要組成部分之一就是車身。當前，電動汽車主要是從傳統(tǒng)汽車改裝過來的，驅(qū)動裝置也從發(fā)動機變成了電機。電動汽車的車身結(jié)構(gòu)和布置方式已經(jīng)有了很大的不同，但是仍然存在一些問題，比如改裝后，操縱的穩(wěn)定性不斷下降，平順性能也有所下降，它限制了動力和控制系統(tǒng)的空間布置，續(xù)航方面也存在問題。所以，人們必須研究出新款的電動汽車車身，以提高電動汽車的可靠性和動力性能，減少成本，使得我國電動汽車可以批量化生產(chǎn)，從而更好地適應(yīng)國際市場的要求。同時，人們既要考慮電動汽車的續(xù)航問題，又要考慮其車速提高問題，人們要研發(fā)出好的動力系統(tǒng)，并減輕汽車重量。這樣能夠有效提高駕駛的動力性，還可以減小懸架的橫擺慣量，使得汽車具有穩(wěn)定的操縱性。所以，輕量化已經(jīng)成為我國電動汽車設(shè)計追求的目標。

2 車身骨架設(shè)計的原則

在對電動汽車的車身進行設(shè)計時，人們遵循以下原則：一是要考慮車身結(jié)構(gòu)的動力學(xué)要求；二是要充分認識到思想碰撞的重要性，進行思想碰撞；三是要使電動汽車更加快速方便，具有較好的車速和續(xù)航能力，人們就一定要實現(xiàn)電動汽車輕量化的目標，只有實現(xiàn)輕量化，才可以不斷減少成本；四是要遵循總布置尺寸的要求，遵循平臺的系列設(shè)計要求；五是要滿足車身的相關(guān)制造要求，方便維護和拆裝。

3 車身骨架的輕量化

現(xiàn)在國際汽車行業(yè)共同的關(guān)注點是汽車車身的輕量化，輕量化技術(shù)的基本內(nèi)涵是指使用現(xiàn)代化的設(shè)計方法和工藝，優(yōu)化設(shè)計汽車產(chǎn)品，或者使用一種新型的材料來降低汽車重量，使得汽車既環(huán)保又安全。實現(xiàn)輕量化的途徑有三種。

3.1 改進汽車的結(jié)構(gòu)

人們要不斷改進汽車結(jié)構(gòu)，使得汽車內(nèi)部的零件變得更加薄壁化、中空化、小型化以及復(fù)合化。在優(yōu)化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)時，會使用拓撲和形貌優(yōu)化、形狀以及尺寸優(yōu)化的方式。目前，我國應(yīng)用比較多的是拓撲優(yōu)化方法，而形貌優(yōu)化主要用于優(yōu)化加強筋的形式走向等，形狀和尺寸優(yōu)化主要用于鈑金件的型面和板厚。

3.2 開發(fā)新型的輕質(zhì)材料

人們要不斷開發(fā)新型的輕質(zhì)材料，可以使用鋁、鎂合金等有色金屬。鋁合金是汽車工業(yè)最常用的輕量化材料，雖然密度非常小，但是其比強度和比剛度比較高，擁有較強的循環(huán)利用性能和較好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能等。鋁合金被大量應(yīng)用在氣缸體和殼體等零部件上，它是實現(xiàn)汽車輕量化的一種重要替代材料。

3.3 使用先進的制造工藝

人們可以使用先進的制造工藝，如激光拼焊技術(shù)、液壓成型技術(shù)和輥壓成型技術(shù)等。激光焊接速度較快，效率較高；液壓成型技術(shù)具有較高的成型精度，同時可以節(jié)約材料，減少生產(chǎn)成本。人們一定要將工藝和材料結(jié)合起來，提高電動汽車的續(xù)航能力。

4 對車身骨架的CAE分析

4.1 車身骨架結(jié)構(gòu)的靜態(tài)分析

衡量汽車是否完全可靠的最重要指標就是汽車的結(jié)構(gòu)強度。汽車車身的骨架強度直接影響其使用壽命的長短，而且汽車骨架的局部應(yīng)力集中，會使得汽車車身局部開裂。所以，車身骨架必須要有足夠的車身強度進行承載。評價汽車車身性能的重要指標就是車身結(jié)構(gòu)的剛度，如果剛度不足，就會使得車身的窗框等開口處的變形較大，還可能導(dǎo)致車門卡死、漏雨滲水等問題。

4.2 車身骨架結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析

人們使用模態(tài)分析車身骨架結(jié)構(gòu)，主要是為了確定具體設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)的振動特性。它是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。所以，一是人們要避免結(jié)構(gòu)共振或按照特定的頻率振動；二是人們要認識到不同結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力荷載會有不同的響應(yīng)；三是在其他動力學(xué)分析中，人們可以估算然后求解，從而控制參數(shù)。

5 結(jié)語

電動汽車的推廣應(yīng)用是社會發(fā)展的必然趨勢，無論從環(huán)境角度還是能源角度，發(fā)展電動汽車都是十分必要的。人們要不斷研發(fā)電動汽車，不再依賴于改裝傳統(tǒng)汽車，要從這個被動局面中走出來，設(shè)計出真正安全可靠的電動汽車。同時，要保證電動汽車動力十足，擁有較強的續(xù)航能力，這樣可以使我國汽車工業(yè)發(fā)展越來越好。人們要不斷優(yōu)化電動汽車車身的結(jié)構(gòu)，增強其強度和剛度，從而更好地滿足大眾的要求，提高我國汽車發(fā)展速度，為我國汽車工業(yè)作出貢獻。

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