電動汽車車身輕量化設計

單承標

摘 要：能源和環境問題讓電動能源汽車有了更加廣闊的發展前景，純電動汽車和混合動力汽車也成為了汽車行業發展的必然趨勢。對電動汽車來說，現階段因為電池單位質量儲能較低以及續航情況較弱，因此必須要重

視其車身的輕量化設計。關鍵詞：電動汽車；輕量化；車身設計

1 電動汽車車身輕量化設計

1.1

尺寸優化方法 尺寸優化即是在給定結構的類型、材料以及幾何外形的基礎上，對不同組成構件的截面尺寸予以優化，從而實現結構最輕化，比如說對節點附近已定的桁架結構得出各梁的最優截面尺寸；對幾何形狀確定的平面板結構求各個位置的最佳厚度等。

1.2

形狀優化方法 形狀優化即是當結構類型、材料以及布局確定的基礎上，對車身結構的幾何形狀予以優化，比如說在布局確定的情況下對桁架的節點位置予以優化設計；對內部開孔尺寸以及形狀予以優化。形狀優化法和尺寸優化法屬于幾類優化方法中發展最為成熟且最容易實現的，當前應用相對普遍，較多商業有限元軟件內部都具備這一模塊。

1.3

形貌優化方法 形貌優化屬于形狀優化法的進一步拓展，采用的變量是形狀變量。形貌優化設計位置首先被分為很多獨立變量，之后進行迭代優化，同時計算出變量對結構所造成的影響。通過指定板殼單元節點在其法向的移動量，對有限元網絡模型的結構形狀予以調整，最終得到符合設計目標的最優化移動節點區域的組合，它和基于鈑金面上的強化筋布置設計流程比較相似。形貌優化目標函數包含車身零件頻率和強度等參數，設計變量為節點位移變化向量，加強筋方向通常來說和沖壓方向相同，還應當確定最大和最小起筋寬度以及加強筋角度等；設計變量區間選擇也能夠當作約束條件進行處理 [1]。

1.4

拓撲優化方法 因為結構的尺寸優化、形狀優化以及形貌優化全部是在結構布局固定的基礎上實現的，優化設計可以達到的實

際作用也僅僅限制在之前所確定的設計布局中，無法對結構拓撲形式進行更改。所以，可在結構設計的概念設計開始時，選擇拓撲優化的方式來實現車身輕量化的設計目標。拓撲優化措施指的是在給定的區域中，按已知外載和支承等約束條件，計算出承受單位荷載的最佳結構材料分配方案，從而確保結構剛度的最大化或者讓輸出位移和應力等符合規定要求，拓撲優化方法是有限元分析以及數學優化措施的結合。

2 輕量化車身連接技術

2.1

中頻焊接 中頻逆變直流電阻焊控制電源是通過整流電流轉變為脈動直流電，通過功率開關器件構成的逆變電流轉化為中頻方波接入變壓器。逆變器一般來說選擇電流反饋脈寬調制來保證相對穩定的電流輸出。中頻定位焊接的優勢在于熱效率較好，電流焊接熱效率相對交流定位焊接來說更高，同時還能夠選擇低電流進行焊接。所以，中頻定位焊接技術可以對高強度鋼、帶鍍層鋼板、鋁合金和不銹鋼等多種材料實施焊接。

2.2

激光焊 高強度鋼的屈服強度一般來說是普通鋼板的 3倍左右，鋁的電阻相對鋼來說更小且具備更優的導熱系數，借助于傳統的定位焊接方法是無法進行的。現階段汽車制造行業應用相對普遍的激光焊接技術一般包括了如下幾種：激光釬焊、激光熔化焊以及激光 MIG復合焊。采用激光焊接技術對高強度鋼進行焊接，能夠讓車身遭遇撞擊后將能量轉移到高強度鋼板上，從而有效的增加車身強度。激光焊接能夠應用到各種型號、異種金屬的焊接工作中，特別符合超高強度鋼板與輕合金的焊接要求。

2.3

特種焊接 特種焊接技術通常適合熱塑型汽車復合材料的焊接，其優勢在于具備良好的機械性能，連接位置的耐用性較強，焊接作業時間短，檢測方便等。現階段，熱塑性汽車復合材料的焊接處理技術包括以下兩種類型：超聲波焊接以及電感應焊接。但是這兩類焊接方法的缺陷在于：電感應焊接作業過程中必須在復合材料內加入導電性填料，同時兩種焊接技術可允許的碳纖維含量非常低。

2.4

機械連接 機械連接一般是借助于鉚釘與螺栓，無需對其表面實施預先處理或后續拋光，如此就更有利于反復拆卸作業，不會對環境造成較大影響。相對于鎂合金與其它材料的連接，可依靠機械連接與粘接的混合連接方式，如盲鉚、半空心鉚以及實心鉚等冷沖鉚連接技術。機械連接方法通常應用在鋼材、輕合金等異種材料之間的連接作業中 [2]。

3 結語

當前，新能源汽車技術得到了飛速發展，寶馬、奔馳、豐田等世界知名汽車廠商也越來越重視這一市場，國內很多自主汽車品牌也開始制定電動汽車發展戰略。創新與發展電動汽車車身輕量化技術，讓其擁有更好的動力性與舒適性，是增強電動汽車市場競爭力的有效方式，也是未來汽車行業發展的重要方向，因此有必要對其進行更加深入的研究。

參考文獻：

[1]孫飛豹 .電動汽車車身輕量化設計芻議 [J].商.2014（51）：156.

[2]廖君，王馮良，胡望岳等 .電動轎車車身輕量化優化設計 [J].機電工程.2009（26）：76.