一種新能源商用車車架布置結(jié)構(gòu)

張博　王曼曼　文振　趙帥宇　王勇

摘 要：為應(yīng)對新能源商用車平臺化設(shè)計趨勢，采用變截面魚腹高強鋼縱梁結(jié)構(gòu)，進行CATIA三維設(shè)計及整車布置，CAE有限元模態(tài)及強度分析。可滿足BEV、HEV、PHEV、FCEV等新能源技術(shù)路線整車平臺化布置需求，輕量化效果明顯，裝配便捷。關(guān)鍵詞：新能源汽車;車架設(shè)計;輕量化中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-24-03

Abstract：?In order to meet the development trend of new energy truck platform design， the variable section fish belly high strength steel longitudinal beam structure is adopted，?CATIA three-dimensional design and vehicle layout， CAE finite element modal and strength analysis.?To meet?BEV， HEV， PHEV， FCEV and other new energy technology line vehicle platform layout needs，?The light weight effect is obvious， the assembly is convenient.Keywords： New Energy Vehicle; Frame design;?Lightweight;?KeywordsCLC NO.：?U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-24-03

前言

新能源商用車輕卡物流車主要運用于城市內(nèi)物流、快遞、商場超市運輸，和常規(guī)燃油車布置結(jié)構(gòu)及受力復(fù)雜度有較大差異，車輛動態(tài)的扭轉(zhuǎn)、彎曲、震動等復(fù)雜情況交織。最終車架作為整車受力及布置載體，其性能決定了整車的布置結(jié)構(gòu)、動力性能、經(jīng)濟性能及平臺化設(shè)計程度。該車架布置結(jié)構(gòu)滿足了新能源商用車輕卡物流車的動力模塊、儲能模塊、車身系統(tǒng)等主要零部件的布置方式及布置位置。可滿足車輛平臺化、輕量化設(shè)計、零部件“通用化、系列化、模塊化”設(shè)計。整車裝配的方便性，車輛軸荷分配、碰撞安全性、整車操縱穩(wěn)定性和制動性能等較合理。

1 車架結(jié)構(gòu)形式

本新能源商用車車架布置結(jié)構(gòu)設(shè)計方案便于整車平臺化設(shè)計，輕量化，布置合理，便于整車及零部件“三化”設(shè)計，裝配方便。參照商用車輕卡整車參數(shù)需求設(shè)計，車輛參數(shù)如表1：

車架總長為軸距1.72倍，車架縱梁、橫梁等優(yōu)選截面C型結(jié)構(gòu)，車架主體采用輕量化高強鋼變截面魚腹縱梁，可使車身系統(tǒng)重心降低，可滿足新能源商用車多種技術(shù)路線整車布置。車架孔位標準系列化，為與車架連接電動化部件安裝支架標準化設(shè)計提供支持。各電氣化部件均安裝在系列化支架上，裝配方便，且電動化部件及電動化部件安裝支架依次排布在車架主體上。因車架合理的模塊化結(jié)構(gòu)，各部件布置合理，對整車軸荷影響小，縱梁結(jié)構(gòu)如圖1所示：

車架縱梁材質(zhì)采用700L高強鋼，變截面魚腹縱梁結(jié)構(gòu)，縱梁前懸段進行降重心結(jié)構(gòu)設(shè)計，可是車身重心降低，縱梁中部采用模塊化標準孔位設(shè)計，可滿足不同大小動力電池模塊、燃油箱、動力總成等的系列化布置。第一、五、六橫梁采用510L熱軋鋼，直通C型槽梁結(jié)構(gòu)，與縱梁通過C型連接板連接，第二、七橫梁采用輕量化無連接板形式C型梁，第三、四橫梁采用上下片梁結(jié)構(gòu)，上片為510L模具沖壓件結(jié)構(gòu)，下片采用分體式折彎設(shè)計，力學(xué)結(jié)構(gòu)合理，可滿足車架內(nèi)側(cè)驅(qū)動電機、EMT自動變速箱、PS混動動力總成及車架外側(cè)動力電池模塊、油箱模塊等空間布置及力學(xué)結(jié)構(gòu)需求，第二、三橫梁間空間可布置高壓控制模塊、PDU模塊、混動發(fā)動機等總成，經(jīng)驗證搭載不同新能源技術(shù)路線模塊整車強度、剛度、模態(tài)等性能良好。車架附件以球墨鑄鐵件為主，主要包括前牽引銷、后脫鉤、板簧吊耳、副托架等，結(jié)構(gòu)設(shè)計通用化強。車架結(jié)構(gòu)如圖2所示，車架參數(shù)如表2所示。

2 相關(guān)總成布置

本車架及整車布置全程在CATIA V5 R22軟甲中搭載，車架布置結(jié)構(gòu)包括車架主體、動力模塊、新能源儲能系統(tǒng)、電動化部件安裝支架、高壓配電及電控系統(tǒng)，其中，所述車架主體可滿足BEV、HEV、PHEV、FCEV等新能源技術(shù)路線整車產(chǎn)品布置需求、所述動力模塊、新能源儲能系統(tǒng)、高壓配電及電控系統(tǒng)均安裝在所述電動化部件安裝支架上、所述電動化部件安裝支架依次排布在所述車架主體上。

所述動力模塊包括BEV技術(shù)路線的驅(qū)動電機、減速變速機構(gòu)，HEV技術(shù)路線的發(fā)動機、電機、減速變速機構(gòu)，PHEV技術(shù)路線的發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機、減速變速機構(gòu)，F(xiàn)CEV技術(shù)路線的氫燃料發(fā)動機、驅(qū)動電機、減速變速機構(gòu)，所述動力模塊安裝于所述車架主體的兩縱梁之間。

所述新能源儲能系統(tǒng)依據(jù)不同技術(shù)路線產(chǎn)品需求，包括動力電池系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)，包括左側(cè)模塊、右側(cè)模塊，所述左側(cè)模塊、右側(cè)模塊分別安裝于所述車架主體的兩縱梁的外側(cè)，且左側(cè)模塊、右側(cè)模塊對稱設(shè)置。

所述新能源儲能系統(tǒng)左側(cè)模塊、右側(cè)模塊以及所述動力模塊的重心之間連線呈等腰三角形對稱布置。

所述高壓配電及電控系統(tǒng)安裝在所述電動化部件安裝支架遠離車架的一側(cè)上，有助于整車防護等級、NVH及EMC設(shè)計。各技術(shù)路線車架布置結(jié)構(gòu)如圖3、圖4、圖5所示：

3 模型計算結(jié)果

橫縱梁選型在汽車行業(yè)及相關(guān)車輛實際運行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，主要通過三維建模軟CATIA和有限元分析軟件ANSYS軟件對車架進行建模分析，通過穩(wěn)態(tài)圖對0-100Hz 內(nèi)的模態(tài)進行識別，共有10階模態(tài)，具體的模態(tài)頻率和振型如表3。

從上表中CAE仿真測試結(jié)果可以看出，該車架總成前三介模態(tài)頻率分別為：一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率為7.056Hz，Y向彎曲模態(tài)頻率為24.440Hz，Z向一階彎曲模態(tài)頻率為26.425Hz，在城市路況下，各項安全系數(shù)在1.3以上，設(shè)計數(shù)據(jù)合理。

4?結(jié)論

車架總成是新能源商用車輕卡的關(guān)鍵力學(xué)部件，是整車的骨架，在新能源商用車整車輕量化的行業(yè)趨勢下，整車平

臺化設(shè)計、使用性能、結(jié)構(gòu)需求及輕量化，是我們關(guān)注的重點，也是技術(shù)突破點，車架設(shè)計過程中考慮整車平臺化設(shè)計對車架整體設(shè)計要求較高。該車架設(shè)計輕量化設(shè)計合理，結(jié)合新能源商用車不同技術(shù)路線整車方案設(shè)計，較高素質(zhì)的完成了車架設(shè)計指標。

參考文獻

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