一款電動車身的輕量化探討

竇曉東

摘 要：對于純電動汽車來說，對車身進行輕量化不僅能夠降低對于能源的消耗和環(huán)境的污染，還能顯著的提高純電動汽車的續(xù)航里程，對純電動汽車進行車身輕量化設(shè)計就顯得尤為重要。本文通過對一款電動汽車車身結(jié)構(gòu)分析，提出將車身部分鈑金外板零件取消，由即有的外裝飾件取代的方案探討，可極大實現(xiàn)整車減重，實現(xiàn)此款電動車的輕量化。

關(guān)鍵詞：電動汽車;車身輕量化;輕量化系數(shù);車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度;輪間投影面積

1 引言

汽車輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能第降低汽車的質(zhì)量，這對于電動汽車同樣適用。實驗證明，若汽車整車質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%-8%，換算為續(xù)航里程增加6%-8%。本文分析的電動汽車，在傳統(tǒng)的全沖壓件焊接車身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加裝配大量具有不同顏色需求的非金屬外觀裝飾件。針對這一結(jié)構(gòu)，探討取消部分車身外板沖壓件，繼續(xù)由外觀裝飾件保留外觀完整性，來達到輕量化的目的。

2 此款電動車身結(jié)構(gòu)分析及輕量化系數(shù)解讀

2.1 鋼板沖壓的焊接車身，配外觀裝飾件的車身結(jié)構(gòu)

如下圖1所示，由于前期造型及制造需求，此款電動車身在頂蓋、左右側(cè)圍、尾門區(qū)域除了保持有鋼板沖壓的外板零件外，還裝配有外觀裝飾件。外觀裝飾件由供應(yīng)商生產(chǎn)制造并噴涂不同于車身本體顏色的油漆，裝配后使整車形成不同的顏色組合，實現(xiàn)外觀的多樣化。結(jié)構(gòu)上看，頂蓋、左右側(cè)圍、尾門的沖壓外板零件被裝飾件遮蓋后，其原有的外觀功能已被替代，僅提供車身強度及安全的作用。

為了提升車輛續(xù)航，對車身進行輕量化，可探討取消部分沖壓外板零件的可能性。基礎(chǔ)方案為：以外觀裝飾件邊界為基準，取消被其遮蓋的頂蓋、側(cè)圍、尾門外板部分，外觀裝飾件直接裝配在車身內(nèi)板或加強板結(jié)構(gòu)上。為了保持車身強度及安全性能，以及提供外裝飾件的安裝點，可增加部分結(jié)構(gòu)零件和外飾件安裝點支架。過程示意圖如圖2：

2.2 車身性能評價標準之——輕量化系數(shù)

輕量化系數(shù)為汽車車身性能評價的一個重要指標，在行業(yè)中廣泛應(yīng)用，其公式如下：

其中：

M=車身重量（Kg）

Ct=靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度（KNm/deg）

A=輪間投影面積（㎡）

其評價標準為：輕量化系數(shù)L數(shù)值越小，代表的車身輕量化水平就越高。

從公式我們可以看出，若要減小輕量化系數(shù)，可以通過降低車身重量、提高扭轉(zhuǎn)剛度或增大輪間投影面積實現(xiàn)。

對于同一款車身，其輪間投影面積A是一定的，那么：如果保持車身扭轉(zhuǎn)剛度Ct不變，即減小車身質(zhì)量M可實現(xiàn)此系數(shù)的優(yōu)化;如果維持輕量化水平不變，車身質(zhì)量和扭轉(zhuǎn)剛度都可以有相應(yīng)幅度的減小，這也意味可以減少整車重量和成本。接下來就從以上兩個角度，分析討論此款車身輕量化的具體方案。

3 輕量化方案及新問題解決

3.1 車身外板件減重方案

去掉原車身結(jié)構(gòu)上頂蓋外板、側(cè)圍外板、尾門外板與裝飾件重合區(qū)域，增加部分加強結(jié)構(gòu)、外飾件安裝支架以保持車身的拓撲結(jié)構(gòu)，維持車身強度和安全性能。外飾件周邊與車身貼合位置，用膠帶或涂膠形式密封，阻止灰塵、水等進入車身內(nèi)部。

左右側(cè)圍外板可減區(qū)域，見圖3示陰影區(qū)域（以左側(cè)示例，右側(cè)與之對稱）

頂蓋外板可全部去掉，頂蓋裝飾板安裝點設(shè)計在頂蓋橫梁上，如有必要可增加新的橫梁作為支撐安裝點。裝飾周邊以膠帶形式粘接密封，中間區(qū)域以螺栓連接裝配于頂蓋橫梁上，見圖4：

尾門區(qū)域可直接去掉尾門外板，由于尾門系統(tǒng)為獨立運動件，對整車強度及安全性能影響不大，僅需滿足自身系統(tǒng)剛度模態(tài)即可，中間區(qū)域設(shè)計裝飾板安裝點，周邊以膠帶粘接密封，見圖5。

3.2 外觀裝飾件的安裝及密封方案

下面以頂蓋外裝飾件為例，探討取消頂蓋、側(cè)圍外板減小的密封及安裝方案。頂蓋裝飾板周邊與剩余鈑金之間，增加雙面粘接膠帶。膠帶寬度30mm，厚度0.8mm，見圖6，圖7。

裝飾件中間區(qū)域固定方案：注塑裝飾件增加卡扣安裝腳，卡接螺柱，與車身鈑金件螺紋連接，布置位置和數(shù)量可根據(jù)固定后剛度做優(yōu)化調(diào)整。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖8，圖9。

側(cè)圍、尾門外板取消后，外裝飾件的密封及安裝方式與上述頂蓋方案一致，可以此為參考完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)整個車身的輕量化。

4 輕量化效果及應(yīng)用前景

按照上述方案實現(xiàn)整車減重約12Kg，相比原車身總重量減重越6.67%，實際設(shè)計中涉及增加的安裝支架及粘膠、標準件重量，預計可減重5%左右。

本文探討的輕量化方案對于集成非金屬材料外覆蓋件的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計有重大指導意義。

5 結(jié)論

本文通過對一款電動車身結(jié)構(gòu)研究分析，運用輕量化系數(shù)這個車身評價指標，提出了可提升輕量化指標以及減重降成本的方案，對提升電動汽車的續(xù)航里程有重大意義。希望能在實踐中驗證、實施，為推動電動汽車車身結(jié)構(gòu)做出貢獻。

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