电动汽车车身轻量化设计

单承标

摘 要：能源和环境问题让电动能源汽车有了更加广阔的发展前景，纯电动汽车和混合动力汽车也成为了汽车行业发展的必然趋势。对电动汽车来说，现阶段因为电池单位质量储能较低以及续航情况较弱，因此必须要重

视其车身的轻量化设计。关键词：电动汽车；轻量化；车身设计

1 电动汽车车身轻量化设计

1.1

尺寸优化方法 尺寸优化即是在给定结构的类型、材料以及几何外形的基础上，对不同组成构件的截面尺寸予以优化，从而实现结构最轻化，比如说对节点附近已定的桁架结构得出各梁的最优截面尺寸；对几何形状确定的平面板结构求各个位置的最佳厚度等。

1.2

形状优化方法 形状优化即是当结构类型、材料以及布局确定的基础上，对车身结构的几何形状予以优化，比如说在布局确定的情况下对桁架的节点位置予以优化设计；对内部开孔尺寸以及形状予以优化。形状优化法和尺寸优化法属于几类优化方法中发展最为成熟且最容易实现的，当前应用相对普遍，较多商业有限元软件内部都具备这一模块。

1.3

形貌优化方法 形貌优化属于形状优化法的进一步拓展，采用的变量是形状变量。形貌优化设计位置首先被分为很多独立变量，之后进行迭代优化，同时计算出变量对结构所造成的影响。通过指定板壳单元节点在其法向的移动量，对有限元网络模型的结构形状予以调整，最终得到符合设计目标的最优化移动节点区域的组合，它和基于钣金面上的强化筋布置设计流程比较相似。形貌优化目标函数包含车身零件频率和强度等参数，设计变量为节点位移变化向量，加强筋方向通常来说和冲压方向相同，还应当确定最大和最小起筋宽度以及加强筋角度等；设计变量区间选择也能够当作约束条件进行处理 [1]。

1.4

拓扑优化方法 因为结构的尺寸优化、形状优化以及形貌优化全部是在结构布局固定的基础上实现的，优化设计可以达到的实

际作用也仅仅限制在之前所确定的设计布局中，无法对结构拓扑形式进行更改。所以，可在结构设计的概念设计开始时，选择拓扑优化的方式来实现车身轻量化的设计目标。拓扑优化措施指的是在给定的区域中，按已知外载和支承等约束条件，计算出承受单位荷载的最佳结构材料分配方案，从而确保结构刚度的最大化或者让输出位移和应力等符合规定要求，拓扑优化方法是有限元分析以及数学优化措施的结合。

2 轻量化车身连接技术

2.1

中频焊接 中频逆变直流电阻焊控制电源是通过整流电流转变为脉动直流电，通过功率开关器件构成的逆变电流转化为中频方波接入变压器。逆变器一般来说选择电流反馈脉宽调制来保证相对稳定的电流输出。中频定位焊接的优势在于热效率较好，电流焊接热效率相对交流定位焊接来说更高，同时还能够选择低电流进行焊接。所以，中频定位焊接技术可以对高强度钢、带镀层钢板、铝合金和不锈钢等多种材料实施焊接。

2.2

激光焊 高强度钢的屈服强度一般来说是普通钢板的 3倍左右，铝的电阻相对钢来说更小且具备更优的导热系数，借助于传统的定位焊接方法是无法进行的。现阶段汽车制造行业应用相对普遍的激光焊接技术一般包括了如下几种：激光钎焊、激光熔化焊以及激光 MIG复合焊。采用激光焊接技术对高强度钢进行焊接，能够让车身遭遇撞击后将能量转移到高强度钢板上，从而有效的增加车身强度。激光焊接能够应用到各种型号、异种金属的焊接工作中，特别符合超高强度钢板与轻合金的焊接要求。

2.3

特种焊接 特种焊接技术通常适合热塑型汽车复合材料的焊接，其优势在于具备良好的机械性能，连接位置的耐用性较强，焊接作业时间短，检测方便等。现阶段，热塑性汽车复合材料的焊接处理技术包括以下两种类型：超声波焊接以及电感应焊接。但是这两类焊接方法的缺陷在于：电感应焊接作业过程中必须在复合材料内加入导电性填料，同时两种焊接技术可允许的碳纤维含量非常低。

2.4

机械连接 机械连接一般是借助于铆钉与螺栓，无需对其表面实施预先处理或后续抛光，如此就更有利于反复拆卸作业，不会对环境造成较大影响。相对于镁合金与其它材料的连接，可依靠机械连接与粘接的混合连接方式，如盲铆、半空心铆以及实心铆等冷冲铆连接技术。机械连接方法通常应用在钢材、轻合金等异种材料之间的连接作业中 [2]。

3 结语

当前，新能源汽车技术得到了飞速发展，宝马、奔驰、丰田等世界知名汽车厂商也越来越重视这一市场，国内很多自主汽车品牌也开始制定电动汽车发展战略。创新与发展电动汽车车身轻量化技术，让其拥有更好的动力性与舒适性，是增强电动汽车市场竞争力的有效方式，也是未来汽车行业发展的重要方向，因此有必要对其进行更加深入的研究。

参考文献：

[1]孙飞豹 .电动汽车车身轻量化设计刍议 [J].商.2014（51）：156.

[2]廖君，王冯良，胡望岳等 .电动轿车车身轻量化优化设计 [J].机电工程.2009（26）：76.