新能源汽车车身结构的概念设计开发

新能源汽车车身结构的概念设计开发

摘要：现阶段，新能源汽车产业业已成为了社会发展的未来趋势。它自身所

具有环保性能受到了全社会的关注及认可，它成为了汽车工业未来的发展趋势，

也是构建节约型社会的必然诉求。而新能源汽车不同于传统汽车，它由于自身使

用能源的不同，其车身与传统汽车存在较大的差异，需要进行全方位的优化设计。因此，本文通过对新能源汽车车身结构的概念设计开发着手，就其中的相关要点

进行阐述，以期能够对于当前的新能源汽车提供一定的见解。

关键词：新能源；车身结构；概念设计

1.新能源汽车开发必要性

1.1新能源汽车开发背景

中国早在上世纪就由能源的出口国家转变为纯进口国家，尤其是在石油方面，中国长期花费大量外汇储备以及相关资源用于石油进口。当前中国对外石油资源

依存度较高，国内石油消耗量近30%以上都有国外石油资源所提供，中国发展面

临着石油资源的制约。因此，早在十二五规划期间，政府就将新能源汽车作为规

划期见的重点扶持领域，期望能够在此期间新能源汽车行业向产业化阶段迈进。

同时国内还制定新能源汽车产业五年发展计划，计划初期推广电动城市客车、小

型电动车的应用，后期逐步推广多能源混合动力车。

1.2国内外新能源汽车开发现状

现阶段新能源汽车与传统汽车在概念设计阶段两者之间存在着诸多的不同之处，一方面由于新能源汽车当前受到电池包的制约普遍还是作为日常代步使用，

使用的场景与范围都受到了一定的限制。其次，电池技术制约了新能源汽车的发展，降低整车的质量对于提高新能源汽车的续航里程具有积极的意义。同时，采

用与传统汽车与众不同的设计理念更能够提高自身的视觉识别特性，强调与众不

同的身份，更加符合当代年轻人的性格特点。

但是，国内外各大厂商针对新能源车型的开发情况来看，还是将新能源汽车

简单的等同于传统汽车，采取直接改造动力总成的方式开发新能源汽车。而也有

一些的新能源汽车企业改变了原先的设计理念，真正的将新能源汽车作为单独的

一种汽车加以看待并开发，这其中蔚来汽车、小鹏汽车、特斯拉汽车都是当前比

较著名的新能源汽车开发企业。

2.新能源汽车车身结构概念设计开发方法

2.1新能源汽车开发流程

一般来说整车开发可以分为产品策划、概念设计、技术设计、产品试制、产

品试验和生产准备六个阶段。车身结构设计主要内容及流程属于整车开发流程中

的技术设计阶段。各大汽车企业都有自身的车身结构开发的流程，来实现质量控

制盒产品管理。而在车身开发流程上各车企都大同小异，没有优劣之分，只有合

适与否。车身结构开发的详细流程可以分为以下阶段。

骡子车制造与验证。骡子车是在新产品开发初期用来进行前期研究的样车，

不代表未来产品的外观，因此在汽车行业被称为“骡子车”此阶段的主要工作包

括对底盘及车架等结构进行可行性分析;对动力系统、悬架系统和控制系统等总

成

进行选型;对汽车的主要性能如安全性、空气动力性、耐久性、NVH和排放性

等进行研究验证。不同项目中制造骡子车的目的不相同。

2.2新能源汽车车身概念设计

在概念设计阶段的主要任务是对车体的空间受力路径进行优化分析，得到最

佳力传递路径，确定满足最佳轻量化的断面形状等，然后建立不包含结构细节的

白车身结构概念模型。由总布置参数及性能目标确定结构包络空间，即车身设计

空间，建立有限元模型，并以静刚度、模态指标、疲劳强度及质量作为约束或者

目标，利用有限元工具进行车结构拓扑优化，获得白车身的最佳空间力传递路径。断面形状决定断面的力学性能，影响白车身刚度的断面特性主要是断面的弯曲惯

性矩和扭转惯性矩，断面的面积大小还直接影响到白车身结构的质量大小。根据

拓扑优化得到的力传递路径，对关键断面形状和接头进行尺寸或者形貌优化设计，达到轻量化的要求。

建立以截面和接头性能为变量的白车身概念模型，查看概念模型的质量和初

步校核险能，若不满足要求则需要再针对断面和接头进行优化。

3.新能源汽车车身结构轻量化

3.1新能源汽车车身结构优化

结构优化设计是车身轻量化的基础，车身骨架和承载部件结构复杂，集合了

各种材料、各种工艺。车身结构对车辆被动安全性，结构刚度、强度和车辆的振

动性能有着巨大影响。目前车身结构优化设计减重，就是利用CAE等分析技术，

在保证车身结构性能的前提下使零件质量更小。结构优化设计包含三个层次:尺

寸优化、形状优化及拓扑优化。车身结构优化涉及的指标很多，指标之间多是相

互矛盾的，比如刚度、模态、碰撞安全及产品性能方面，只能做到相对统一。在

实际生产中，结构优化设计减重的途径为零部件空心结构、零部件薄壁结构、零

部件复合结构等方法，这些优化设计使车辆覆盖件、结构件达到轻量化的目的。

3.2新能源汽车车身拼接轻量化

激光拼焊接技术可以将材质不同、厚度不同、表面处理要求不同的工件通过

激光拼接在一起，组成一个新的毛坯件，然后再通过冲压成零件。例如乘用车侧

围总成是一个典型的激光品焊接件，激光拼焊接技术可以有效减少零件质量，减

少焊点，提高强度。通过先进的制造技术，主要解决的是产品的性能问题，进而

解决了轻量化的问题。

液压成形技术是指把毛坯件放在封闭的模具里，通过管道把液体介质(油、

水等引入毛坯件内部及模具内腔，对液体介质进行加压，毛坯件在特定空间里被

高压的流体介质膨胀、压缩、成形。液压成形技术可以减少模具数量和零件数量，多个零件由一个统一的液压成形件代替，即增加结构刚度，又减轻重量。

作者简介：黄志刚男 1983 浙江衢州 324300 浙江吉润汽车有限公司本科

汽车设计开发