纯电动汽车车架优化的发展趋势简述

纯电动汽车车架优化的发展趋势简述一文创作于：2023-04-12 10:47:45，全文字数：14052。

纯电动汽车车架优化的发展趋势简述

��件厚度和总质量，实现了车架的轻量化[6]，尺寸优化在不更新几何和网格基础上，仅改变有限元模型的参数，通过调整车架的板材厚度、截面面积来实现减轻质量的优化方式；其次，形状优化是在现有拓扑模式的基础上，改变零部件的几何形状来改善其应力条件，从而减少材料使用来降低质量；再次，形貌优化和形状优化有类似之处，在钣金件上中寻找最优的加强筋分布，利用冲压工艺形成压痕添加加强筋，在满足强度、频率等要求的同时能减轻重量；最后，拓扑优化是根据特定的工作环境和约束条件，对材料分布进行优化，寻找有效的载荷传递路径和最佳材料布局，得到质量最小的结构，比如美国的Altair 公司对客车的车身进行了拓扑优化，在减少制造成本和增加内部空间的同时，还能够减轻车身30%的重量[7]。在车架轻量化的研究中，各种优化方法没有明确的应用界限，采用哪种优化方法需要根据特定的情景进行选择。此外，除了以上四种优化方法，通过将车架的结构集成化来实现轻量化，也可以达到减轻质量的目的。

3.3.2 新型材料轻量化

采用轻量化材料对原车架钢材进行替换，是一种效果最为显著、使用最为简单的轻量化方法，从汽车市场现有的轻量化材料来看，可分为四类，第一类是高强度钢材，包括高强钢、先进高强钢以及超高强钢，高强钢具有更高的抗拉强度和屈服强度，在焊接中具有良好的塑性，易于成型，若将高强钢作为车架的主材，车架的强度可比原先提升好几倍，因此，使用高强度钢材取代传统钢铁材料，可以降低构成材料的厚度，及增加材料的强度，从而实现轻量化；第二类是轻金属材料，包括铝合金、镁合金、钛合金等，轻金属材料具有质量轻、耐腐蚀性好、比强度高、流动性好、熔点低好等多个优点，铝合金是当前应用最多也是最为成熟的轻金属材料，主要表现在更高的比强度以及便于加工上，使用铝合金作为汽车的主材，可以在不牺牲安全性的情况下，将汽车的全部总质量减少近50%；第三类是纤维复合材料，可分为炭纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，纤维具有很多优良的性能，如强度高、耐热性好、抗热冲击性好、热容量小、比重小、抗腐蚀、耐辐射性好、和热膨胀系数小等，可用于汽车前段模板、护板、托盘、支架。在机械强度上，其中碳纤维的强度要远超过钢，但是它的比重不到钢的1/4，是车架实现轻量化的理想材料，第四类是泡沫金属，作为21 世纪最具潜力的新材料之一，泡沫金属具有密度低、吸收冲击能力强、比刚度强、抗弯曲度大、隔热性好、隔音性好、减震性好等优势，泡沫金属是在金属中加入添加剂，经过发泡工艺形成的一种复合型金属，由孔隙和金属框架组成，同时具有气泡和金属的特征，目前，泡沫金属在电动汽车的车门、发动机盖罩、行李厢盖、汽车翼子板、保险杠上取代了传统钢材的使用，满足轻量化的需求，并且在强度、韧性以及安全性方面比其他轻型材料具有更多优势，因此未来电动汽车的发展，会将泡沫金属作为主要的制造材料。

3.3.3 制造工艺轻量化

从车架结构的优化到新型轻量化材料的使用，都离不开与之相适应的成型技术和连接技术，采用先进的成型技术将新型轻量化材料加工成型，保证零件的良好性能，避免汽车在发生碰撞、冲击中出现零部件过度变形的情况，如内高压成形制造技术、超高强度钢热冲压成形技术、辊压成形技术、高压铸造成型技术等，每种成型技术都有自己的特点和应用。内高压成形制造技术是将管坯放入模具，利用高压液体填充，使其直径变大成型，用于制造汽车的扭力梁、控制臂和副车架；超高强度钢热冲压成形技术通过热处理高温成型来实现零件的高强度，用于制造前后保险杠、A 柱、B 柱、C 柱加强版等[8]。除此之外，轻量化的连接技术也可以进一步减轻汽车质量，目前，汽车行业采用较多的是点焊和二保焊，这两种焊接工艺因存在强度降低的问题，已不适合焊接新型轻量化材料。可将传统焊接技术换成先进的激光拼焊、搅拌摩擦焊、铆接、胶接、铝合金钎焊等方法。有研究报告显示，至2030 年，汽车中轻量化材料的应用将会急剧增加，相应的连接技术也将随之变化，点焊将被取代，激光拼焊、搅拌摩擦焊等先进技术将广泛应用于汽车制造[9]。

4 总结

目前而言，传统汽车的车架沿用到纯电动汽车是成本最低，成效最快的方式，但是由于纯电动汽车的结构特性，需要从电池布局、整体布局和轻量化三个方面对车架优化，若将三个方面综合考虑，电动汽车能获得最佳性能又能将车架最大轻量化，除此之外，在未来的发展中，还可以对纯电动汽车车架的进行创新设计，更大程度的提升纯电动汽车的性能。

《纯电动汽车车架优化的发展趋势简述》在线阅读地址：纯电动汽车车架优化的发展趋势简述