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，需要優先設計其主體構建方案，并在此過程中對其環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

在科學技術迅速發展的推動下，各個城市的交通擁堵現象愈發嚴重，綠色環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的關注度持續增加。由于傳統的汽車在使用過程中會對環境造成嚴重污染，排放出大量有害的氣體，為了對當前的環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。由于輕量化的電動汽車重量降低，因此其本身的續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，并對其進行拓撲優化，將拓撲優化的最終結果、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，要將環形結構的構建作為優先考慮的因素。環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據。因此，在制作車身的3D數據之前，要優先制作2D數據，即典型斷面。車身典型斷面在車身設計工作當中占據著重要位置，對于后續的3D數據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、內飾件、開閉件設計了專業且高效的結構方案。

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、門的密閉形式、門的運動軌跡、鉸鏈的固定方法充分展現出來，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 實現設計內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量較多，并且在結構尺寸方面有著較大的區別，不同的零件對前艙的靜態、動態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、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。基于此，相關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、剛度以及質量靈敏數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對車身的輕量化改良。目前，電動汽車剛剛得到了初步發展，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，發現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展的時期，即便當前有許多電動汽車產品已經投入市場，然而，這些電動汽車更多的是立足于傳統汽車的基礎，經過改造以及加工之后產出的電動汽車，因此，其本身具有較大的重量，難以持久續航，因此，在目前的汽車市場當中，消費者更加愿意選擇傳統汽車，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，實現汽車行業的綠色化發展。

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