新能源客车车身骨架轻量化设计研究与优化

新能源客车车身骨架轻量化设计研究与优化作者：王银萍
来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第09期
摘要：随着科技的发展，新能源汽车逐渐成为了当下的主流，为了使新能源汽车发挥更大的功效，首先要从改良汽车车身出发。

客车车身是客车的主要承载部分，好的车身不仅能保证客车的整体稳定性，还能带来更佳的性能。

新能源汽车车身轻量化设计的主要路径是减重车身，主要采取结构优化设计、高强钢、轻质材料等措施进行车身结构的轻量化，笔者从本角度出发，为新能源汽车车身骨架轻量化设计提供一些可借鉴的途径。

关键词：新能源客车；车身骨架；轻量化设计随着汽车设计计算机辅助工程的发展，新能源汽车轻量化设计可以得到进一步优化，汽车材料也逐步向轻量化和环保化方向发展。

减轻汽车自重是提高汽车的燃油经济性、节约能耗的重要措施之一。

目前新能源汽车车身骨架进行轻量化设计主要有两个途径：①选用轻量化设计的材料；②采用轻量化设计方法。

本文结合国内外汽车车身骨架轻量化设计的最新研究成果，对新能源汽车车身骨架进行了轻量化与优化研究，希望对新能源汽车车身骨架的优化有一定的借鉴作用。

1 新能源汽车车身轻量化设计材料
1.1 高强度钢
尽管目前轻金属材料、复合材料等新科技材料在汽车车身骨架中已经被越来越多的运用，但因为高强度钢制作成本低、制作材料简单易得、性能稳定，所以它仍然是汽车车身骨架构结中的主要材料。

目前屈服强度很高的高强度钢，已经越来越多的被用到了车身骨架的制作中，在一般的车辆中，其车身骨架冲压件高强度钢的应用比例为50%左右，而且在其他构建方面，也都用到了各种不同屈服强度的高强度钢。

1.2 轻合金材料
轻合金材料具有质量轻、强度高、耐磨性能好、加工性能强等特点，而且轻合金材料可以回收再利用，避免了资源的浪费，实现了科学材料良性发展。

在汽车车身骨架制作方面，为了车身骨架结构设计的需要，可以采用激光束压合成型技术，将不同的轻合金材料复合成型，不仅增强了强度，而且实现了轻量化的要求。

轻合金材料最大的优点是质量轻，与传统的钢铁材料相比，质量可减轻30%左右，从另一方面来讲提升了汽车的性能。

另外，我国的轻金属材料储存量丰富，应该在汽车车身骨架制造业中大力的发展使用轻金属材料，降低对于钢铁矿石材料的依赖。

1.3 工程塑料
工程塑料即复合材料，是一种纤维增强塑料，经常使用的是热固性树脂和玻璃纤维的复合材料。

工程塑料具有比重小、比强度大的优点，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。

例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，现已被广泛的应用于汽车车身骨架制造业中。

2 新能源汽车车身轻量化设计方法
2.1 车身顶盖拓扑优化设计
车身的顶盖在各情况下变形较大，所以需要对车身的顶盖的结构进行优化，以提高其承受强度。

车身的顶盖由纵梁和横梁组成，其中纵梁有两根，横梁根据车的长度进行调整，这两部分难以参与优化，但是根据电脑程序计算出来的拓扑优化模型，可以将汽车车顶盖分为不同的单元格，经过计算机计算，车梁均匀分布后，将顶盖的模型设为拓扑优化目标函数，通过程序不断优化将计算出可以进行拓扑优化的结构，通过纵横梁的交叉实现车身骨架顶盖结构优化。

2.2 车身腰围设计
车身腰围的轻量化设计，主要是综合拓扑优化、外貌美观等结构优化方式，现已改变车身腰围的骨架材料、结构模型和尺寸大小。

在实现轻量化设计的要求下，不能影响汽车的功用效果和美观，因此应该从车身腰围的等效强度和刚性强度的角度对车身腰围结构进行优化。

可以将车身腰围的构件材料有刚性材料替换为轻合金材料，在保证坚固性能的前提下，大大的降低了车身腰围的重量。

2.3 车身骨架侧窗设计
新能源汽车车身骨架侧窗的设计，在原有拓扑优化方案的基础上，将车身侧窗六面体的结构作为对象，确定应力的分布位置，对汽车在运行过程中的受力分析，通过采用新工艺，包括热冲压成形、冷温涨型成形、激光拼焊、喷丸强化等进行设计，表面与柔性介质接触，使得工件表面质量高，可将某些钢质梁部分替换为轻合金材料，减少零件数量、工件的成形次数以及配套模具数量和成本。

2.4 车身尾架设计
在进行车尾设计时，基于新能源汽车安全问题，要采取合理的材料和刚性的设计来加固汽车车尾，通过采用分块拓扑优化的方法，以柔度最小作为优化的目标，以增大材料的密度，减小材料的质量为目标，建立新能源汽车车尾骨架的有限元模型，经模态分析后，考虑车尾骨架的应力分布和变形情况，实现轻量化效果。

3 结语
随着我们的生态环境不断恶化，市场对于新能源汽车的需求量越来越高，新能源汽车已经逐步成为汽车领域的发展热点。

为了保证新能源汽车在续航里程和动力方面可以比得上甚至赶超原有轿车，本文从新能源汽车的轻量化材料和结构两方面进行优化研究，避免了新能源汽车由于车身骨架材料过重而导致续航里程、发动机动力不足的问题出现，因此，实现新能源汽车的轻量化设计，已经成为当前发展新能源汽車的重中之重。

期待新能源汽车在将来可以占有更多的市场，为净化我们的生态环境奉献力量。

参考文献：
[1]李敏，朱恒伟.新能源客车车身结构设计及强度分析[J].河北农机，2016（12）：64-65.
[2]牛妍妍.新能源客车轻量化技术路径研究[D].长春：吉林大学，2016.。