電動汽車鋁合金副車架的數值模擬仿真

摘 要：鋁合金材質的副車架對于電動車來說是非常重要的，在設計前電動汽車鋁合金副車架進行了數值模擬仿真。

關鍵詞：鋁合金副車架；電動汽車；數值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.052

電動汽車（BEV）是近些年發展、推廣迅猛的一種機動車，無論是各國對電動汽車的重視程度，還是市場消費者對電動汽車的接受程度，都在快速提高。與傳統汽車相比，電動汽車具有諸多優勢，得到了社會和汽車生產廠商的諸多重視，技術和市場的前進進程都在不斷加快。首先，電動汽車行駛起來比較穩定，不存在換擋對汽車的沖擊。第二，目前我國越來越多的城市都對燃油車有限行限號的政策，一定程度上影響了家庭開車出行的情況，而在很多城市電動汽車則不受尾號限行影響，使用起來更加方便。第三，電動汽車靠電機驅動，不存在發動機，維修保養上較省事。電動汽車不需要機油、三濾、皮帶等傳統汽車的常規保養項，只需對電池組、線路進行維護，電動汽車的保養比燃油車要簡單、省時、省事。再者，傳統燃油汽車的尾氣排放一直是政府治理的重點，而電動汽車則擺脫了傳統汽車對石油的依賴，在降低排放污染、改善空氣質量方面有很大的優勢，因而必然要大力發展電動汽車。最后，電動汽車的用車成本非常低，百公里耗電量才8元左右，從經濟性上，這低于目前傳統燃油汽車的出行成本，從經濟性的方面考慮對消費者非常有吸引力。

1 電動汽車的諸多優點

消費者購買電動汽車可以比較省錢，2014年，國家和地方政府給予電動汽車最高11.4萬元的補貼，這一舉措使電池成本居高不下的電動汽車的售價能夠下降到與傳統汽車相當的水平。與傳統燃油汽車相比，電動汽車在運行過程中產生的噪聲要少很多，因為電動汽車是靠電機驅動，不存在發動機。當汽車的行駛速度較低時，傳統燃油汽車的乘坐感不如電動汽車，而當行駛速度比較高了之后，胎噪和風噪成為噪音的主要來源，兩者才回到同一水平上。電動汽車的這一特點對于提升汽車的NVH性能無疑會有很大的幫助。此外，電動汽車的結構簡單，不再需要復雜的傳動機構和占據了大量空間的排氣系統，維護起來方便了很多，同時空間也得到了大幅的擴展。電動汽車加速快，由于電動汽車的驅動是依賴于電動機而不是發動機，電動汽車在不同的轉速條件下都可以把扭矩提升至最高，在汽車起步時，速度的提升非常有優勢。

2 電動汽車副車架的重要性

在電動汽車中，車架是跨接在汽車前后車橋上的框架式結構，是支撐、連接汽車的各總成，使各總成保持相對正確的位置，并承受汽車內外的各種載荷，車架的機械性能必須要好。汽車的副車架是汽車車橋的重要連接件，所謂副車架，顧名思義它只是車架的一個部分，副車架只起到撐起車橋和懸掛的作用。對副車架來，減少汽車行駛中的振動和噪音是它存在的一個重要意義，可以提高汽車駕駛人和乘車人的舒適感。如果一輛汽車沒有副車架，那么它就是承載式的設計，汽車的懸掛系統與車身是直接接觸的，這就無法將一些零件做成總成件，增加了裝配的復雜度，影響了汽車生產的效率。而如果汽車有了副車架，懸掛系統可以與副車架安裝到一起，這就組成了一個總成件，在汽車裝配的時候，只需將這個副車架的總成件直接安裝到汽車上，不僅簡化了汽車裝配的步驟，也提高了生產效率，減少了出錯的可能，對汽車的生產制造起到了非常好的推進作用。

3 鋁合金材料副車架的優勢

對于一個汽車零件來說，材料是決定其性能很關鍵的一個因素，在不同材料的汽車副車架中，鋁合金材料副車架是性能比較理想的一種。鋁合金材料在車架上的應用，可以有效的提高副車架的輕量化效果，從而可以顯著提高整車裝備的輕量化。對于鋁合金來說，它的密度很小，遠遠小于鋼的密度，但另一方面，密度小卻并沒有影響鋁合金材料的機械性能，鋁合金的強度很好，并不比性能優異鋼材料的強度要差。第三，與鋼材料相比，鋁合金材料的可塑性也比較優異，方便于加工制造。從一定程度上講，鋁合金在工業上的重要性并不比鋼弱很多。因而，對于電動汽車而言，鋁合金材料的副車架性能優異，是一種非常合適的零件。

4 數值模擬仿真內容

4.1 數值模擬仿真軟件

汽車前副車架屬于典型的彎曲軸線異型截面管件，它的截面形狀包括四邊形、多邊形、橢圓和不規則截面等。通過DEFORM軟件進行數值模擬仿真，對內高壓件成型過程中成型件的臂厚情況進行了分析。DEFORM軟件就一種非常高效的模擬仿真軟件，它的理論基礎是有限元，主要被用來研究工業中的各種工藝問題，從而確定設計和制造中的工藝參數。利用DEFORM軟件來對制造過程進行仿真分析，有助于工程設計人員的設計過程，還可以從一定程度上減少實驗研究，節約實驗成本，提高研究進度，促進生產效率的提高。

4.2 數值模擬仿真參數設置

在數值模擬仿真中，必須首先創建仿真模型，利用三維軟件畫出管件，其中管件模具的尺寸是240 mm *35 mm *35mm，其中圓角的半徑是3.5mm、5.5mm、7.5mm，按照尺寸標準作出管件模型后，下一步進行網格劃分。在數值模擬中，將模型進行網格劃分是非常關鍵的一步，網格劃分所涉及的方面比較廣，也得投入較多的精力，網格劃分的精度和方法和數值模擬的結果有直接關系，數值模擬結果的精度和模擬時間都和網格劃分的情況相關。在實際過程中，管件模具的尺寸幾乎不會變化，即使有微弱的變化，與其它變形比起來，數量級也是非常小，因而在模擬仿真中，這種情況就一般把形變很小或幾乎不發生形變的零件定義為剛性單元，比如本模擬中的模具。

4.3 數值模擬仿真結果

在數值仿真模型建立好，各仿真參數也設置完畢后，對內高壓件成型過程中成型件的臂厚情況進行了分析。管件中部截面1/3內定義了27個點，其中1點和27點為直邊中點位置，14點為圓角中點位置。數值模擬的結果表明，臂的厚度隨著管件模型直邊中點到切點處的過渡而逐漸變小。仿真結果還表明，隨著模型圓角的半徑增加，管件臂厚度的分布差別度較高。

作者簡介：孔德才（1983-），男，天津靜海人，碩士研究生，研究方向：鋁合金汽車零部件設計與仿真。