一款電動(dòng)車(chē)身的輕量化探討

竇曉東

摘 要：對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，對(duì)車(chē)身進(jìn)行輕量化不僅能夠降低對(duì)于能源的消耗和環(huán)境的污染，還能顯著的提高純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。本文通過(guò)對(duì)一款電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)分析，提出將車(chē)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(shí)現(xiàn)整車(chē)減重，實(shí)現(xiàn)此款電動(dòng)車(chē)的輕量化。

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

1 引言

汽車(chē)輕量化，就是在保證汽車(chē)的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能第降低汽車(chē)的質(zhì)量，這對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)同樣適用。實(shí)驗(yàn)證明，若汽車(chē)整車(chē)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(dòng)汽車(chē)，在傳統(tǒng)的全沖壓件焊接車(chē)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(duì)這一結(jié)構(gòu)，探討取消部分車(chē)身外板沖壓件，繼續(xù)由外觀裝飾件保留外觀完整性，來(lái)達(dá)到輕量化的目的。

2 此款電動(dòng)車(chē)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(chē)身，配外觀裝飾件的車(chē)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(dòng)車(chē)身在頂蓋、左右側(cè)圍、尾門(mén)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(chē)身本體顏色的油漆，裝配后使整車(chē)形成不同的顏色組合，實(shí)現(xiàn)外觀的多樣化。結(jié)構(gòu)上看，頂蓋、左右側(cè)圍、尾門(mén)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(chē)身強(qiáng)度及安全的作用。

為了提升車(chē)輛續(xù)航，對(duì)車(chē)身進(jìn)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(zhǔn)，取消被其遮蓋的頂蓋、側(cè)圍、尾門(mén)外板部分，外觀裝飾件直接裝配在車(chē)身內(nèi)板或加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)上。為了保持車(chē)身強(qiáng)度及安全性能，以及提供外裝飾件的安裝點(diǎn)，可增加部分結(jié)構(gòu)零件和外飾件安裝點(diǎn)支架。過(guò)程示意圖如圖2：

2.2 車(chē)身性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之——輕量化系數(shù)

輕量化系數(shù)為汽車(chē)車(chē)身性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，在行業(yè)中廣泛應(yīng)用，其公式如下：

其中：

M=車(chē)身重量（Kg）

Ct=靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度（KNm/deg）

A=輪間投影面積（㎡）

其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：輕量化系數(shù)L數(shù)值越小，代表的車(chē)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(guò)降低車(chē)身重量、提高扭轉(zhuǎn)剛度或增大輪間投影面積實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于同一款車(chē)身，其輪間投影面積A是一定的，那么：如果保持車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度Ct不變，即減小車(chē)身質(zhì)量M可實(shí)現(xiàn)此系數(shù)的優(yōu)化;如果維持輕量化水平不變，車(chē)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(chē)重量和成本。接下來(lái)就從以上兩個(gè)角度，分析討論此款車(chē)身輕量化的具體方案。

3 輕量化方案及新問(wèn)題解決

3.1 車(chē)身外板件減重方案

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

左右側(cè)圍外板可減區(qū)域，見(jiàn)圖3示陰影區(qū)域（以左側(cè)示例，右側(cè)與之對(duì)稱(chēng)）

頂蓋外板可全部去掉，頂蓋裝飾板安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)在頂蓋橫梁上，如有必要可增加新的橫梁作為支撐安裝點(diǎn)。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(jiàn)圖4：

尾門(mén)區(qū)域可直接去掉尾門(mén)外板，由于尾門(mén)系統(tǒng)為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)件，對(duì)整車(chē)強(qiáng)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(jì)裝飾板安裝點(diǎn)，周邊以膠帶粘接密封，見(jiàn)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(jiàn)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(chē)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(mén)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(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)身的輕量化。

4 輕量化效果及應(yīng)用前景

按照上述方案實(shí)現(xiàn)整車(chē)減重約12Kg，相比原車(chē)身總重量減重越6.67%，實(shí)際設(shè)計(jì)中涉及增加的安裝支架及粘膠、標(biāo)準(zhǔn)件重量，預(yù)計(jì)可減重5%左右。

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

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)一款電動(dòng)車(chē)身結(jié)構(gòu)研究分析，運(yùn)用輕量化系數(shù)這個(gè)車(chē)身評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出了可提升輕量化指標(biāo)以及減重降成本的方案，對(duì)提升電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程有重大意義。希望能在實(shí)踐中驗(yàn)證、實(shí)施，為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)做出貢獻(xiàn)。

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