新能源純電動汽車前艙設計的研究

季 愷

（泰州機電高等職業技術學校，江蘇 泰州 225300）

0 前言

目前，純電動汽車基本上以輕巧類型為主，其續航里程能夠達到400 km 以上。同時此種類型的汽車的結構十分緊湊，應用了許多新材料、新結構、新工藝，在一定程度上滿足了消費者的個性化需求。為了提高設計水平與效果，在具體設計中，需要重視前艙設計工作，還需要梳理具體流程、明確設計指標，并對設計成果進行仿真測試，以滿足前艙設計工作要求。

1 新能源純電動汽車前艙設計的流程

在進行設計之前，應該了解純電動汽車在使用期間存在的問題，從而吸取經驗、教訓，為設計工作提供參考。在設計時，還需要保證與設計相關的文件所有文件齊全，如ICD文件等，盡可能明確性能、間隙、公差、位置等設計前提要素。只有如此，才能夠為純電動汽車前艙的設計提供保證，避免出現設計隱患，然后確定前艙的最終結構，為后續的設計工作指引方向[1]。

2 新能源純電動汽車前艙設計的指標

2.1 主大梁系統設計

電動汽車前縱梁的設計只需要滿足既定的設計規范即可。而主大梁系統的設計，還需要考慮安裝DC/DC 變換器、蓄電池、副車架、碳罐等設備。具體而言，DC/DC 變換器、蓄電池、碳罐的安裝時需要提高其安裝位置的靈活性，從而滿足汽車運行的需求。而副車架的安裝與擺臂、變速箱、電動機存在緊密的關系。其中，電動機的動剛度須高于 1 000 N/mm，而擺臂的動剛度則需要高于4 000 N/mm。安裝蓄電池的過程中，其局部模態必須大于30 Hz，同時盡可能向后布置。該種設計方式，可以避免在碰撞時出現前梁嚴重變形的現象，吸收碰撞力，防止蓄電池爆炸。

2.2 前輪罩系統設計

前輪罩系統的設計，屬于新能源純電動汽車前艙設計的重點，通常不校核前輪罩系統的靜剛度，但是要求其前懸安裝位置的動剛度在4 000 N/mm 以上，且與前懸包絡的間隙需大于15 mm，與輪胎包絡的距離則為10 mm。在設計前輪罩的過程中，盡可能使用大厚度、高強度的鋼材料，否則難以滿足純電動汽車需求。結合以往設計工作的經驗可以發現，主大梁與輪罩之間的搭接位置很容易出現開裂的現象，因此在該設計環節中應該著重優化加強板的結構，增強前輪罩系統的安全性[2]。

2.3 水箱框架設計

純電動汽車的水箱框架的設計環節中存在大量的水箱框架部件。但是，各個框架部件之間存在明顯差異，相互之間的性能更是不盡相同。為了能夠提高純電動汽車前艙設計質量，并滿足相關的要求、指標，在設計工作中可以運用加強板，在整個上彎梁中構成一個腔體結構。其中，純電動汽車前艙水箱框架設計的重點有2 個。1） 發罩固定點的靜剛度必須在600 N/mm 以上。2）需要安裝在水箱框架上的零件的模態要大于30 Hz。

2.4 前圍板總成

在純電動汽車中，前圍板屬于迎風面，直接影響著車輛的NVH（即Noise 噪聲、Vibration 振動、Harshness 聲振粗糙度）。因此，在設計工作中，不僅需要注重純電動汽車整體的扭轉剛度，還必須滿足汽車局部的模態。其中，局部模態不能過小，應該依據對標數據、性能要求等因素進行確定。在安裝前圍板的過程中，還需要重視真空助力器的安裝。真空助力器的安裝沒有具體的標準，在安裝真空助力器時，需要結合標車值確定其在加強板上的位置。其他零件的安裝則需要確保模態高于30 Hz，盡可能大于40 Hz。

2.5 上安裝板總成

對于純電動汽車前艙的設計而言，上安裝板應該具有良好的密閉性以及提高流水效果的順暢性。同時，雨刮器、前大燈安裝點的靜剛度需要在300 N/mm 以上。除此之外，在具體的設計工作中，還應該對汽車的使用空間進行合理規劃，以滿足駕駛人的基本需求。另外還要對助力器制動液加注口、前大燈調焦口進行合理設計，要方便駕駛人加制動液和對大燈進行調焦。除此之外，在上安裝板上還要設計出打碼面。具體設計要求有2 個。1）采用圖紙的方式對打碼面的尺寸的進行標注，至少要保證其具有140 mm×38 mm 平面尺寸。2）VIN 碼面應該沒有拉傷、拉痕、起皺、沖擊線等質量問題，以提高上安裝板總成的質量。

2.6 焊點設計

在完成所有零部件的設計以后，需要對整體結構進行焊接，保證其穩定性。其中，對焊接點有6 個基本指標。1）前車架的前部焊點間距應該在40 mm～45 mm。2）前后地板之間的搭接長度需要在60 mm～70 mm。3）下車體散件主要包括門檻、護板等，其與地板之間的搭接長度需要在60 mm 以上。4）側圍、頂蓋的總成搭接需要確保長度在50 mm～60 mm，同時必須增強A、B、C、D 柱開關鍵之間搭接的緊密性。5）門框圓角位置屬于焊接的關鍵位置，應確保焊點的長度在30 mm～40 mm，由于B、C 上下角位置容易開裂，因此需要延長焊點的長度。6）下車體、上車體之間的搭接長度應該在50 mm～60 mm。

3 新能源純電動汽車前艙設計的仿真

3.1 仿真分析

初步完成純電動汽車前艙的設計以后，還需要各個部門人員集中起來，共同分析其中可能存在的問題并進行解決。期間，可以采用計算機仿真分析的方式，分析各個零件的性能。如果發現不符合要求的部件，應該第一時間進行調整、優化，直到符合標準為止。經過仿真分析以后，可以結合最終結果提出針對性意見。例如電機懸置安裝點處的動剛度需要略小于1 000 N/mm，前懸左擺臂、右擺臂的安裝點，需要對160 Hz位置、125 Hz 位置的動剛度進行調整，略低于4 000 N/mm 即可。除此之外，在仿真分析的過程中，還應該對純電動汽車前艙進行工藝檢查、沖壓檢查、涂裝檢查以及沖壓檢查，全面掌握系統設計的情況。

3.2 仿真驗證

完成設計的仿真以后，還需要進行3 項實踐驗證。1）造車驗證。通常需要結合設計要求制作出全工裝部件，并對不同配件的搭接效果進行驗證，確保整車的工藝滿足規定。2）拉力、碰撞試驗。期間需要對純電動汽車前艙的拉力性能、碰撞性能進行試驗，必須保證最終結果符合國家要求。3）可靠性道路測試。在該次驗證中，純電動汽車運行了4 000 km，其中包括26 000 km 較差的路段。最終發現純電動汽車的前艙沒有出現失效、開裂的現象，因此其耐久性符合要求。

但是，結合以上的仿真驗證發現，純電動汽車前艙設計雖然總體滿足要求，不過細節位置依然需要進一步改進。經過優化處理以后再次進行仿真，發現純電動汽車的小問題得到有效改善，可以進入量產環節，為新能源純電動汽車的發展、推廣開辟了道路。

4 結語

綜上所述，在對新能源純電動汽車的前艙進行設計的過程中，必須結合具體需求設計工作路程。將其作為依據，明確不同環節、內容的設計指標，為確保設計效果奠定基礎。完成設計工作以后，還需要積極做好仿真分析工作，便于明確其中存在的不足，并對其進行針對性調整，以強化汽車整體的性能。