電動汽車車身結構設計與輕量化策略探討

雷勤斌

摘 要：在開展電動汽車設計工作的過程中，需要優(yōu)先設計其主體構建方案，并在此過程中對其環(huán)形結構以及力的傳遞路徑進行充分考慮，并針對其本身的結構開展2D、3D設計工作，制定車身輕量化設計方案，有效提升電動汽車的具體性能。本文針對電動汽車車身結構設計以及輕量化策略進行了探討，期望能為相關設計工作人員的工作提供助益。

關鍵詞：電動汽車;車身結構設計;輕量化策略

0 引言

在科學技術迅速發(fā)展的推動下，各個城市的交通擁堵現(xiàn)象愈發(fā)嚴重，綠色環(huán)保理念在落實的過程中面臨諸多阻礙，電動汽車在世界范圍內(nèi)的關注度持續(xù)增加。由于傳統(tǒng)的汽車在使用過程中會對環(huán)境造成嚴重污染，排放出大量有害的氣體，為了對當前的環(huán)境問題進行有效緩解，各個國家的政府部門開始重視電動汽車的宣傳與推廣。電動汽車車身結構的設計與輕量化需求有著密切的關聯(lián)。由于輕量化的電動汽車重量降低，因此其本身的續(xù)航能力也會隨之有所提升，并且多個方面的特性也會逐步優(yōu)化。

1 車身架構設計

在開展車身設計工作的初期，一般會對車身的主體架構進行設計，之后再具體針對結構進行設計。將現(xiàn)階段應用較為廣泛的計算機輔助設計方式作為基礎，針對整體車身的布置空間進行車身主體框架走勢仿真模型進行設計，并對其進行拓撲優(yōu)化，將拓撲優(yōu)化的最終結果、初步工程可行性評估報告進行綜合分析，明確車身主體框架的具體走勢情況。在開展車身主體框架開展搭建工作的過程中，要盡可能構建出環(huán)形結構，盡量避免使用懸臂梁。對基礎力學模型進行分析可以得知，一端接受固定的懸臂梁，在均布載荷、集中載荷影響下，所承受的彎矩以及剪力都明顯高于兩端接受支撐的簡支梁，即在同樣的狀況下，懸臂梁的結構剛度以及耐受性更差。

在上述條件影響下，在確定車身的框架走勢時，要將環(huán)形結構的構建作為優(yōu)先考慮的因素。環(huán)形結構可以促使車身框架形成整體，對車身彎曲的剛度情況進行改良，能夠有效提升車身結構的共用性，對車身材料的選取方向進行指導，保證電動汽車能夠具備良好的區(qū)域應用性能，增強車身的輕量化效果。

在對車身主體架構開展設計工作的過程中，力的傳遞路徑是其中的重要影響因素，通過對力的傳遞路徑進行分析，可以盡可能將最為適宜的材料應用于最合適的位置，不僅能夠提升電動汽車的使用性能，還能夠節(jié)省材料。如圖1所示，這是某部電動汽車的主要傳力路徑示意圖，其中展示了車身下部力的主要傳遞路徑，當前部碰撞力經(jīng)過機艙下時，縱梁可以將力進行分散，并傳遞至門檻與地板縱梁，后部碰撞力經(jīng)后縱梁及后副車架將力分散傳遞到門檻與地板縱梁，形成了前后貫通的車身整體傳力路徑。

2 車身結構設計

在開展車身結構設計工作時，要依照點、線、面、體的過程建立三維數(shù)據(jù)。因此，在制作車身的3D數(shù)據(jù)之前，要優(yōu)先制作2D數(shù)據(jù)，即典型斷面。車身典型斷面在車身設計工作當中占據(jù)著重要位置，對于后續(xù)的3D數(shù)據(jù)制作等一系列工作有著指導性作用，以下針對幾個主要典型斷面進行了簡要分析：

2.1 頂蓋后橫梁位置

對頂蓋后橫梁位置采取斷面設計方案，可以保證汽車本身的性能得到改良，并受到輕量化處理，考慮到人機等諸多方面的因素，不僅能夠確保電動車身結構與人機需求之間的有效避讓，并且可以對其進行有效的評測以及估量。

2.2 門檻位置

更多的在門檻位置采取斷面設計，是對電動車身的鈑金尺寸進行了充分的考慮之后加以確定的。充分考慮門鈑金與車身鈑金上的電器、內(nèi)飾件與外飾件的安裝形式，外飾件與車身、門之間相互配合的情況，最終針對電器、外飾件、車身、內(nèi)飾件、開閉件設計了專業(yè)且高效的結構方案。

2.3 門限位器位置

對門限位器進行斷面設計，可以有效實現(xiàn)翼子板與門開啟之間的互相躲避，形成良好的固定結構，并且可以促使限位器能夠與門鈑金、車身鈑金所需的安裝形式、運動軌跡、尺寸以及結構相適應。

2.4 門上鉸鏈位置

對門上鉸鏈位置進行斷面設計，可以將翼子板與門之間的關聯(lián)、門的密閉形式、門的運動軌跡、鉸鏈的固定方法充分展現(xiàn)出來，對版的構成角度、型面尺寸以及拼接方法進行有效強化。

3 車身輕量化策略

3.1 實現(xiàn)設計內(nèi)容以及具體步驟的輕量化

在開展電動汽車輕量化設計的過程中，電動汽車車身的零件數(shù)量較多，并且在結構尺寸方面有著較大的區(qū)別，不同的零件對前艙的靜態(tài)、動態(tài)性能的影響效果也有所不同。將零部件的厚度進行剪薄化處理，雖然可以降低其重量，但是與此同時也對車身的整體模態(tài)、剛度造成了不良影響。此外，對車身進行輕量化處理之后，不一定可以保證電動汽車整體具備充足的安全性能?；诖耍嚓P設計人員需要對電動汽車的車身部件的靈敏度進行分析，并依照對應的分析結果，選擇在模態(tài)、剛度以及質量靈敏數(shù)值等方面具有差異的零部件進行不同程度的減薄或者增厚，從而對車身進行輕量化處理，并且有效增強車身的靜、動態(tài)性能。除此以外，當電動汽車的車身進行輕量化處理之后，要對其開展正面碰撞仿真分析與評估，將處理前后的安全性能進行評測，對輕量化設計方案的可行程度進行有效檢驗。最后，要依照優(yōu)化之前以及之后的對比結果，選擇最適合車身輕量化設計的最佳方案。

3.2 使用新型材料，應用新型工藝

想要實現(xiàn)電動汽車車身設計的輕量化，相關設計人員可以使用新型工藝，比如鋼鋁鉚接，將多樣化的材料進行有效連接，在其成型的過程中實現(xiàn)對車身的輕量化改良。目前，電動汽車剛剛得到了初步發(fā)展，因此，相關人員要不斷找尋與電動汽車制作相匹配的新型材料，使用重量更輕，并且性能更加優(yōu)質的新型材料，促使電動汽車能夠獲得輕量化的改良效果。比如，可以使用鋼鋁混合材料對車身結構進行設計，將鋼鋁混合物應用于背門、前蓋以及復合翼子板等位置，與全鋼材料制作的車身重量相比，使用鋼鋁混合方法能夠使車身重量降低15%甚至更多。

3.3 優(yōu)化車身結構設計

在車身主體架構走勢得到明確之后，就要著手開展車身結構設計工作，并在結構設計工作結束之后對車身進行細致的檢測與評估，發(fā)現(xiàn)其符合相關指標之后，要對車身的靈敏程度進行分析，采取合適的方法靈敏度不相符的汽車配件進行調(diào)整，應用輕量化迭代計算的方式，針對電動汽車的碰撞安全性能、NVH以及耐久性能開展測評工作，選取與車身相符的制作材料，全方位的增強汽車的靈敏程度，促使電動汽車能夠與輕量化需求相契合。

4 結束語

綜上所述，當前，電動汽車依然處于研究與發(fā)展的時期，即便當前有許多電動汽車產(chǎn)品已經(jīng)投入市場，然而，這些電動汽車更多的是立足于傳統(tǒng)汽車的基礎，經(jīng)過改造以及加工之后產(chǎn)出的電動汽車，因此，其本身具有較大的重量，難以持久續(xù)航，因此，在目前的汽車市場當中，消費者更加愿意選擇傳統(tǒng)汽車，很少有人愿意購買電動汽車。由此看來，電動汽車仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)與困境，相關設計人員需要逐步探索更為科學的設計思路，有效實現(xiàn)電動汽車的輕量化，才能逐步打開電動汽車的消費市場，實現(xiàn)汽車行業(yè)的綠色化發(fā)展。

參考文獻：

[1]朱浩.電動汽車車身結構設計與輕量化策略分析[J].時代汽車，2019（12）：58-59.

[2]李木一.某全新架構電動車車身結構概念設計與開發(fā)研究[D].吉林大學，2019.

[3]郭淑穎.純電動汽車車身輕量化研究[J].吉林工程技術師范學院學報，2019，35（2）：85-87.

[4]馬東輝，馬少康，閆祿平.電動汽車車身結構設計與輕量化策略[J].汽車實用技術，2018（10）：6-8+21.