电动汽车正面碰撞安全性能分析与结构优化研究

电动汽车正面碰撞安全性能分析与结构
优化研究
摘要：现代汽车技术不断的发展，对电动汽车车身结构的安全性能提出了更高的要求，通过碰撞试验对正面碰撞仿真进行分析，了解正面碰撞荷载传递方式和车身变形情况，并对产生的原因进行分析，提出科学有效的电动汽车车身结构优化方案。

关键词：电动汽车；正面碰撞；安全性能；结构优化
随着我国对能源结构的优化和调整，促进了电动汽车行业的发展，电动汽车的安全性也受到更多的重视，通过电动汽车的碰撞安全性能试验，能够通过仿真试验结果提出电动汽车车身结构优化方案，提高电动汽车的安全性。

1.整车有限元模型的建立
本文分析电动汽车正面碰撞安全性能试验所采用的汽车式将传统汽车进行改造后，在汽车的底部底板下安装了大质量的动力电池，这样极大的提高了整车的质量，同时也使得碰撞的能量加大。

该电动汽车整车车身有限元模型的构成，包括车身颜色，动力总成和前后悬架系统以及转向系统和保险杠以及动力电池等。

整个车体的模型网格为板壳单元，每个单元的大小一般在4-10mm以内，壳单元的总体数量为 1 377 577，实体单元总数大概为82 759。

在试验过程中由于动力总成的刚度较大，碰撞时一般不会出现变形，因此可以看做为刚体，建立碰撞模型时可以按照动力总成外形轮廓来成立单元模型，并将其设定为刚体材料实施模拟。

按照C-NCAP 正面碰撞实际要求，整车行驶速度50 km/h 作为初始速度正面碰撞刚性墙。

2.整车正面碰撞仿真分析
根据C-NCAP正面100 %重叠刚性壁障碰撞试验的具体标准，对电动汽车碰撞
有限元模型实施加载计算。

通过对实际碰撞的模拟试验图看出电动汽车在碰撞后，前面也就是发动机盖子发生了变形，车辆前端吸能性相对较好。

A柱以及车的顶
棚处并没有发生严重的变形，但是驾驶员测下地板却发生了轻微的变形。

电动汽
车在碰撞后对中央通道碰撞变形情况进行查看，发现汽车座椅横梁前部的中央通
道发生了显著的变形，但是与原车型对比后，原车型的座椅横梁前端的中央通道
变形却很小。

在汽车行驶过车中，一旦发生激烈的碰撞，如果座椅横梁前端中央通道变形
情况较为严重，则会产生以下重要问题。

一是由于电动汽车的电池安装在车身地
板下端，如果中央通道发生较大的变形，那么会导致车身地板部件直接撞击到电
池上，导致电动汽车的电池发生较大的安全隐患问题。

二是如果电动汽车中央通
道变形情况较为严重，那么会导致座椅前横梁出现下沉，从而导致前排座椅发生
翻转，从而对乘员的生命造成威胁。

2.1整车碰撞载荷传递路径分析
电动汽车在正面碰撞时，碰撞载荷主要通过三条路径向车后进行传递。

上部
的载荷是利用散热器上横梁到上纵横梁最后沿着A柱向后分散；电动汽车碰撞中
部的载荷主要通过保险杠横梁到前纵梁最后沿着车辆地板向后扩散；车辆下部载
荷是通过车轮传递给门槛，然后再顺着门槛往后传递。

电动汽车由于电池设置在
汽车地板出的原因，导致其与原车型地板结构存在很大的差异，因此，两车在碰
撞试验中最大的差别在中部荷载的传递方式不同。

电动汽车的电池装置安装在车
身地板下方，为了能够符合车身离地的要求，因此在原型车基础上将座椅横梁的
地板处进行了抬高，并且将车身地板进行分割之后再进行焊接，形成了电动汽车
地板结构，这就导致电动汽车座椅横梁区域与前地板之间存在一定的断差，而没
有安装电池的原车型则是一个较为完整的部件，没有进行拆分和焊接，从而有利
于碰撞荷载的及时传递。

2.2车身地板变形分析
电动汽车车身地板断差的存在，导致座椅横梁剪切变形，同时也导致出现以
下几种问题；一是电动汽车碰撞荷载传递到地板后端以后的途径仅有一条，主要
是通过门槛加强梁传递到车身后面。

促使门槛加强横梁出现了较大的变形；二是
搭接件弯角的位置出现的变形情况大小直接影响到车辆纵梁是否能够撞击到电动
汽车的电池上。

通过碰撞试验的结果看出，纵梁延长梁的最末端差不多已经碰撞
到了电池上，因此，电池在碰撞过程中也存在着安全风险。

三是，碰撞试验时电
动汽车地板发生了不同程度的变形，这进一步的提高了纵梁延长撞击电动车电池
的危险。

原车型的地板变形情况并不明显，主要是由于原车地板前后都较为平整，并没有断差结构的存在，因此，在碰撞过程中荷载传递的方式和途径都较多，碰
撞能量得到了合理的扩散。

3.电动汽车车身结构优化
从碰撞试验中可以得出结论，断差是导致中央通道弯折发生较为严重的重要
因素，这种断差的存在主要原因是电动汽车的电池安装位置不能改变而导致的，
因此，在电动汽车电池安装位置不发生变动的情况下，对电动车的车身地板进行
了结构优化，具优化方案包括以下三个方面。

一是在电动汽车座椅横梁下安装加
强件，避免其在碰撞过程中发生较为严重的变形。

设置加强件的厚度一般为
1.5mm,选用
SAPH440材料，并且要将材料全部覆盖到中央通道弯折位置。

二是优化电动
汽车门槛加强梁和纵梁延长梁搭接件，能够有效的降低纵梁延长根部撞击电池的
危险，避免出现较为严重的变形。

三是改进纵梁延长梁前端与中央通道加强梁前
端间的搭接件，优化后的搭接件折弯出利用了圆角，这种角度可以帮助碰撞荷载
进行更好的传递，此外，在再延长梁后端与中央通道加强梁后端增加另一个重要
的搭接件，由此电动汽车前地板各梁就形成“口字形”结构，从而有效的降低了
电动汽车地板出现严重变形的情况，对电池也起到了一定的保护作用。

结束语：
通过对电动汽车正面碰撞试验，能够了解电动汽车不同部位荷载传递的情况，进而为提高电动汽车的整车安全性能，提出具体的车身结构优化方案。

通过本文
提出的电动汽车整车结构优化方案，通过再次的碰撞试验，表明仿真模型的准确性较高，碰撞后驾驶员侧地板未发生显著的变形，纵梁延长梁的末端并为触碰到电动汽车的电池装置，因此，通过试验提出了电动汽车车身结构优化方案是可行的。

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