新能源汽車車架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化初步設(shè)計

謝政權(quán)

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

近年來，隨著科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，人們對汽車的需求量越來越高，汽車制造的規(guī)模也越來越大，雖然在一定程度上促進(jìn)了社會的快速發(fā)展，但是由于大多數(shù)廠商生產(chǎn)的汽車都是依靠石油作為燃料進(jìn)行驅(qū)動的，這就導(dǎo)致很多有毒氣體的產(chǎn)生和排放，對空氣環(huán)境以及人體健康等都造成嚴(yán)重的危害。因此，相關(guān)部門必須要進(jìn)行積極重視，加強汽車能源動力的轉(zhuǎn)型發(fā)展，將一些清潔能源引入到汽車動力研究和發(fā)展中。在新能源汽車研究中，汽車車架結(jié)構(gòu)便是一項重要內(nèi)容，尤其是車架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，更是保證新能源汽車有效應(yīng)用的重要前提。

1 新能源汽車車架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化基本簡介

針對新能源汽車架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方案來講，一般都采用有限元軟件來進(jìn)行支持，但其中也包含眾多設(shè)計方法，在目前的研究中，變密度法具有較好的效果，在車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中得到研究者廣泛的喜愛和使用。其基本設(shè)計原理如下，首先，在假設(shè)的條件下，引入一種密度可變的車架材料，然后利用有限元模型進(jìn)行相應(yīng)的控制，通常情況下，在有限元模型中需要接入多個單元，用于對應(yīng)引入變密度材料中的相關(guān)參數(shù)，而這些不同單元中對應(yīng)的變密度材料的密度值，就是方案設(shè)計中所用到的相關(guān)變量。另外，對于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)所用的算法來講，其中用于表示單元材料是否填充的結(jié)果，采用的是二進(jìn)制。如相對密度值為1，則對應(yīng)該單元內(nèi)的材料已填充滿的情況，相反，如果相對密度值為0，則表示無材料進(jìn)行填充，對于這種情況的單元，在實際設(shè)計和應(yīng)用時，就需要對它進(jìn)行刪除處理。由此可見，對于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中變密度法的應(yīng)用來說，主要指的是特殊材料在相應(yīng)空間內(nèi)的分布和應(yīng)用的設(shè)計，如果布局設(shè)計的合理，這會具有較強的實用性，對于新能源車輛的架構(gòu)建設(shè)來說，在使用效率和質(zhì)量方面都具有積極的作用。另一方面，對于新能源車架的整體結(jié)構(gòu)分析，我們發(fā)現(xiàn)他主要根據(jù)各部分的功能差異，相應(yīng)的劃分為三個部分。第一部分便是位于前頭區(qū)域的發(fā)動機(jī)區(qū)域，該區(qū)域的特點是具有較大的重量；第二部分便是車輛中間的電池安裝區(qū)域，該區(qū)域具有一定的承重作用，不僅要保證車輛上方乘客的重量承重，還要保證車輛前頭和后頭之間的連接支撐；第三部分便是車輛后頭的后備箱位置，該區(qū)域具有較輕的重量，因此在設(shè)計過程注意與前頭區(qū)域進(jìn)行重量方面的協(xié)調(diào)。最后，這三個部分都由下方四個車輪進(jìn)行總體承接。其中需要注意的是，為保證車輛中部位置對乘客的承重以及保持車輛行駛的穩(wěn)定性問題，在設(shè)計過程中，一般將中部區(qū)域設(shè)置的較低，以滿足車輛實際運行要求。

2 新能源汽車車架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果分析

眾所周知，車輛在行駛過程中，會受到多種外力的作用，比如重力、壓力、慣性力等，這些都會對車架造成壓力，因此，車架的承重能力直接決定著新能源車輛的整體質(zhì)量，特別是在路況不好的情況下，受力力度會加大，而且外力的變化幅度也會加大，使得車架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的歪曲或扭轉(zhuǎn)的情況，如果在合理的范圍內(nèi)，則表示架構(gòu)正常。相反，如果變化角度過大，則產(chǎn)生質(zhì)量問題，以下便是對這兩方面受力變化情況的分析。

2.1 車架彎曲情況分析

對于車輛架構(gòu)的彎曲高度進(jìn)行測試時，一般采用滿載情況的最大壓力來進(jìn)行，然后對其車架的彎曲情況進(jìn)行檢查，確定其是否在合理的變化幅度內(nèi)。對于普通情況下的新能源汽車使用來說，其承載量一般為5名乘客，因此車輛中部上方的承載力值設(shè)定為600千克，其中動力系數(shù)一般設(shè)置為2。另外，對于整個新能源車架的結(jié)構(gòu)承重情況來講，其中構(gòu)件的承重能力是最重要的，尤其是其承重中的應(yīng)變能大小，是檢測該架構(gòu)整體承重能力的重要參照。因此，在對有限元模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的車架承重能力進(jìn)行檢測時，其首先設(shè)計的函數(shù)便是對應(yīng)變能大小的反映，其設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)為以車輛架構(gòu)能彎曲的最大剛度為基礎(chǔ)，其垂直方向位移量最大不能超過1.2毫米，其水平方向位移量最大不超過0.3毫米，其中還需要注意的是，當(dāng)車架結(jié)構(gòu)受力變形時，一定要保證光滑過度，避免受外力影響而產(chǎn)生破壞。另外，在利用有限元軟件進(jìn)行監(jiān)測和計算時，一般是基于ANSYS平臺來進(jìn)行的，具有較高的數(shù)據(jù)保障性，其數(shù)據(jù)變化主要是圍繞應(yīng)變能情況和車架受力變化位移情況來進(jìn)行分析和測試的。經(jīng)多次試驗研究分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過30次迭代運算后，起變化趨于穩(wěn)定。另外，對于車輛中部電池組位置的承重情況來講，主要在車門兩側(cè)布置較多的應(yīng)變材料，一旦車架受力產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲時，兩側(cè)的應(yīng)變材料為其承重能力提供支撐力。再者，加強車輛前中后各區(qū)域之間的連接性，以增強車架在整體受力方面的均衡性，從而更好地滿足車架受力彎曲的標(biāo)準(zhǔn)，保證車架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2.2 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)情況分析

對車架進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗測量時，要根據(jù)車輛扭轉(zhuǎn)情況下的實際變化情況進(jìn)行相應(yīng)分析。首先，對車架下方前車輪處進(jìn)行施力，通常情況下，一般在左右前輪處施加同等大小，但方向相反的力道，使車架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)角度，同時要保證車輛的總體承載力度仍然在600kg左右，注意檢查車體是否平衡，保證總體重量由四個車輪進(jìn)行均衡承擔(dān)，此時，每個車輪軸承處受力大小為3KN。同樣，在基于ANSYS平臺上進(jìn)行相關(guān)測試和計算，其測試過程為：首先，在車輛前輪兩個車軸位置施加同等大小且方向相反的力，其次，在車輛后輪兩個車軸處設(shè)置全約束荷載力，最后，利用變密度拓?fù)渌惴ㄟM(jìn)行優(yōu)化計算，以確定出相應(yīng)的變化情況是否滿足標(biāo)注，進(jìn)而判斷車架的質(zhì)量。經(jīng)過多次實驗測試發(fā)現(xiàn)，在扭轉(zhuǎn)過程中，車架結(jié)構(gòu)一般會形成上下結(jié)構(gòu)分布，由于車架內(nèi)部設(shè)置了一些三角形的構(gòu)件，具有較強的穩(wěn)定性，在面對扭轉(zhuǎn)受力擠壓時，不會產(chǎn)生較大車架變化情況，具有較高的質(zhì)量。

3 結(jié)束語

總之，車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理性對新能源汽車的有效應(yīng)用有著積極作用，而對于車架結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測，一般都是采用拓?fù)渌惴ㄟM(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的。因此，只要有效把握這兩方面的設(shè)計，對新能源汽車的普及和應(yīng)用有著重要意義，相關(guān)部門一定要對其進(jìn)行重視，采取措施加大力度進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，以更好地保證新能源汽車的使用質(zhì)量。