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1、微型电动车车身结构设计摘要：汽车轻量化是实现汽车产品节能减排的关键技术, 也是行业难以突破的瓶颈。采用轻量化能量吸收结构来减轻车身重量, 是实现轻量化、提高电动车行驶里程的重要途径。本文以 2015年广东省应用科技研究与发展-轻量化吸能结构体关键技术及其在电动汽车中的应用研究 项目为基础, 开发了 广东省应用科学技术研究 项目。车身结构的概念, 用现代方法设计车身形状, 并以门为主要研究对象, 应用光能吸收材料, 并在多模态、刚度和可靠性的基础上进行多模态、刚度和耐撞性。耐撞性。目的是优化设计, 探讨新材料和新结构的可行性。在对纯电动汽车进行市场定位分析和对电动汽车轻量化进行技术经济分析的基础
2、上, 提出了纯电动车的发展理念, 并对其市场定位进行了研究。被确定为城市的微线, 其技术特点是光能吸收。基于这一概念, 采用轻质吸能材料铝合金、PCPD 和泡沫铝制造全新的概念车。设计了车身结构, 设计了整体车架和整体车身面板。在分析电动汽车车身形态和形状特征的基础上, 采用计算机辅助设计方法对微型纯电动车进行了设计。将岭南文化的体育风格和特色元素融入设计理念, 得出了满意的设计方案。针对所选择的建模方案, 建立了数控手板的比例模型, 并对其空间立体感进行了验证。关键词：轻量化；PDCPD；造型设计目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 车身轻量化国内外研究现状31.2.1 轻量化设
3、计技术31.2.2 轻量化材料技术41.2.3 轻量化制造技术51.3 PDCPD研究概况51.3.1DCPD的研究61.3.2 DCPD-RI工艺61.3.3 PDCPD的应用71.4 论文的主要研究内容8第二章 纯电动微型概念车设计概述92.1 纯电动汽车市场分析92.1.1 新能源汽车产销量分析92.1.2 纯电动车型细分市场分析112.2电动汽车轻量化技术经济分析112.3 概念车型的提出122.4 车身结构形式的研究122.4.1 车身承载形式122.4.2 新型电动车的车身形式132.5 概念车型车身结构的确定132.5.1 整体式车架结构142.5.2 一体化车身覆盖件15第三章
4、 车身造型概念设计163.1 车身形式与造型发展概述163.2 纯电动汽车车身造型研究163.2.1 纯电动汽车造型特点研究163.2.2 纯电动汽车造型实例分析173.3 现代化汽车造型设计研究193.3.1 CAS技术与传统造型方法的区别193.3.2 计算机辅助造型设计的基本方法193.4 概念造型三维建模203.4.2 整体布局213.4.3 构造轮廓线213.4.4 曲面创建223.4.5 细化特征223.5 造型方案评析233.6 比例模型制作25致 谢25参考文献26第一章 绪论1.1 课题研究背景随着汽车工业的快速发展, 世界汽车生产和拥有量不断上升。中国的汽车市场也是前所未有
5、的繁荣。中国汽车年产量占世界新车产量的四分之一以上。汽车工业的快速发展促进了全球经济的发展, 但也对日益稀缺的能源形势和日益恶化的环境条件产生了重大影响和压力。环境污染和能源短缺越来越严重, 已成为影响人类可持续发展的两大问题。节能减排已成为全球汽车工业可持续发展的重要命题。研究表明, 如果车辆质量降低 10%, 燃油效率可提高 6% 8%, 油耗可降低 6% 10%。每减 1 0 公斤车辆重量, 每 1 0 0 公里可以节省 0. 3-5 升的燃料, 轻量化是节能减排的重要方式。由于客车车身质量占车辆总质量的三分之一以上, 在空载条件下, 车身油耗约占 7 0%, 车身的轻量化对汽车车身的轻
6、量化尤为重要。整辆车。车身轻量化是在保证车身结构相关性能指标的前提下, 在不增加车身制造成本的前提下, 降低车身骨架的质量, 提高汽车产品的市场竞争力。目前, 车身轻量化技术的三大研究领域是轻量化设计技术、轻量化材料技术和轻量化制造技术。这些方式是相辅相成的。车身轻量化不是一个简单的材料替代, 而是一个过程中的重量减轻使用的综合应用三种技术的前提下, 满足了身体的各种性能要求。 为了缓解石油危机, 近年来, 中国大力发展新能源汽车, 制定了千年级新能源汽车的发展目标。纯电动车也得到了国家的积极补贴。纯电动汽车虽然前景广阔, 但电池技术是制约其发展的主要问题之一。目前, 国内电池企业普遍选择磷酸
7、铁锂电池作为动力电池的发展方向。由于磷酸铁锂能量密度低, 所生产的电池体积较大, 重量较重, 导致车辆质量过高, 能耗增加, 行驶距离受限。电池技术暂时无法突破技术瓶颈, 因此人们将关注轻量级的车身结构。以比亚迪 E6 为例, 其300公里范围完全取决于63千瓦时的电池能量。然而, 其超重的电池也导致储备质量接近2.3 吨。对于目前国内主流电动车来说, 车身结构往往采用与传统燃料车车身相同的水平, 但携带动力电池后, 重量增加约 2 0 0 公斤, 导致产品范围不能满足其需求的多数, 这也是许多电动车产品不成功的原因之一, 也是制约电动车推广的主要技术障碍。对于电动汽车来说, 降低车身质量不仅
8、可以降低能耗, 还可以在质量相同的前提下安装容量较大的电池。这两者都能提高电动车的耐久性。此外, 2015年正式实施的纯纯电动汽车管理条例规定, 纯电动汽车的最高时速应超过100千米, 纯电动汽车的行驶距离应超过100千米在综合条件下, 不应小于100公里。2016-2020 推广和应用新能源汽车财政支持政策公告也明确指出, 只有纯电动行驶里程大于100公里的新能源汽车才能获得补贴。在此背景下, 应用轻质吸能材料实现轻量化车身, 对于纯电动汽车满足企业准入规定、提高产品竞争力至关重要。 本文在实际研究和开发微型纯电动概念车的基础上, 探讨了一种新型的车身结构, 并将一种新型轻质材料应用于纯电动
9、汽车车身结构的开发中。性能驱动的优化设计。本课题来源于2015年广东省应用型科技研发项目, 是光能吸收结构体的关键技术研究及其在电动汽车中的应用。汽车轻量化是实现汽车产品和新能源汽车节能减排的关键技术, 也是行业难以突破的瓶颈。本项目旨在应用近年来团队发展的理论和技术成果, 实现汽车产品结构的高刚度、高强度、可靠性和碰撞吸能安全, 发展行业领先地位电动汽车车身结构平台, 可减轻车身重量 20%, 安全指标提高15%。1.2 车身轻量化国内外研究现状 车身轻量化的目的是在保证耐撞性、刚度、强度和 NVH 性能的前提下, 在不增加车身制造成本的前提下, 降低车身框架的质量, 提高汽车产品的市场竞争
10、力的身体结构。目前, 汽车车身轻量化技术主要从轻量化结构、轻量化材料和先进制造技术三个方面进行了研究和探索。当然, 这三个方面不是相互独立的, 而是相辅相成的。1.2.1 轻量化设计技术 目前, 多材料车身结构的轻量化设计正在向构建参数化设计平台方向发展, 应用拓扑优化、尺寸优化、形态优化、多目标优化和结构材料性能集成优化设计。利用结构优化技术优化车身结构, 可以在各种工作条件下更合理地分配载荷, 减少零件数量, 减少零件厚度。经过多年的设计和测试经验和数据积累, 国外企业已将 CAE (计算机辅助工程) 技术渗透到汽车车身结构设计的整个开发过程中, 形成了汽车车身结构设计的发展理念。性能驱动
11、的设计。在丰富的车身数据库基础上, 可以快速完成结构模型的构建、汽车模型的变化、结构的优化和收缩。开发周期短, 降低开发成本。车身结构设计过程已成为设计、分析和优化的平行过程。北美汽车和钢铁联盟以福特 SUV 车架为原型, 采用拓扑优化技术, 在不牺牲刚度和改变材料的情况下实现轻量化设计。与样机相比, 新设计的框架减轻了23% 的重量, 增加了30% 的扭转刚度, 并略微提高了弯曲刚度。宝马将 CAE 分析方法引入汽车概念设计的早期阶段, 进一步加快了车身结构的改造设计, 以及基于碰撞性能的车身拓扑结构和形状优化, 并迅速实现了在欧洲 ncap 标准下, 对车身正向碰撞结构进行了正演优化分析和
12、结构改进。德国 SFE 公司开发的 SFE 概念引入了一种快速隐式参数化建模方法。基于参数形式, 快速创建和修改了模型的拓扑结构和几何形状, 大大缩短了早期设计阶段 CAD 模型和 CAE 分析的变化时间, 有利于各种设计的快速实现。在概念阶段的方案。总体而言, 该方法大大降低了后续详细设计阶段出现重大结构问题的概率, 缩短了车辆开发周期。近年来, 国内不少学者对车身及其零部件的优化设计进行了广泛的研究。张浩凯采用拓扑优化和尺寸优化的方法, 从概念上设计了一种新能源汽车的车身结构。在多体动力学的基础上, 求解了多工况下车身结构的载荷路径, 优化后的结构满足性能要求。根据纯电动汽车的载荷要求,
13、利用拓扑优化方法设计了车身结构。通过与标准车辆的比较, 性能满足设计要求。谢晨利用 SFE 概念, 在目标车辆模型的基础上, 建立了白身体的参数模型。通过多学科优化设计, 他成功实现了轻量化。1.2.2 轻量化材料技术如今, 钢铁的使用比任何其他材料都要多。然而, 随着汽车轻量化要求的不断提高, 铝合金、镁合金和聚合物基复合材料等材料方案发生了迅速的变化。铝合金、镁合金和碳纤维增强聚合物材料比钢更轻, 为零件的强化提供了条件。然而, 目前它们在价格上与钢铁相比没有竞争优势, 特别是在批量生产方面。然而, 它们在使用寿命和重量轻的优点使其在许多概念车中得到了应用。现在, 他们越来越多地在大批量生
14、产的车辆中使用世界汽车钢铁联盟。先后实施了各种超轻钢汽车项目, 取得了优异的轻量化效果。铝合金在汽车中具有良好的应用前景。奥迪 A8 是全铝车身的杰作。自行车用铝为550公斤, 车身用铝的比例为93.1。奥迪 A8 机身主要由三种铝合金铸造铝合金、挤压铝合金和变形铝合金板材组成。由于使用轻金属铝, 车身重量降低了 50%, 车身静态扭转刚度增加了60%。此外, 复合材料在高端汽车市场的应用也越来越广泛。宝马 I3 选择碳纤维增强复合材料 (cfrp) 来制造车身结构。作为电动汽车, 宝马 I3 的整体质量只有 1224 k, 而与比亚迪 e6 相比, 指数为2295公斤。 近年来, 国内学者也
15、对轻质高强度材料的车身结构进行了大量的研究。郭英峰在采用复合 HDPE 的微型纯电动汽车体设计中, 研究了一步成形轻量化体的设计与制造工艺。通过轧制成形试验, 得到了满足电动汽车要求的轻量化体。陈成涛选用线性低密度聚乙烯 (LLDPE) 为材料, 开发了基于旋转塑性成形工艺的集成塑料门, 并设计了旋转塑料模具和门的模架。与样车的钣金门相比, 车门的重量减少了 1 7. 3% 左右。1.2.3 轻量化制造技术轻量化制造工艺是将设计和材料转化为产品的关键, 也是轻量化设计后的一项重大任务。采用激光定制焊接空白 (TWB) 技术, 可对不同厚度、强度或表面处理状态的板材进行焊接和冲压, 以提高零件性能, 降低成本。采用液压成形技术, 传统的模具和冲床可以用液体力传递介质代替, 零件可以进行塑化加工。在保证零件性能和均匀性的前提下, 可以提高产品质量和成型极限。采用热成形技术加工车身钢板, 可以在不提高质量的情况下提高钢板的强度, 从而提高车身结构关键部位的性能。轧辊成形技术可用于横向弯曲金属板, 使型材具有特定截面, 合理设计型材的几何截面, 提高承载力, 降低零件质量。此外, 冲压和铆接、搅拌摩擦焊接、焊接和铆钉粘接以及聚合物基复合材料都是轻型车辆的先进连接技术。周云娇以汽车用 SPFC590 和 A502-h34 钢板为研究对象
