基于純電車的鋁合金發動機艙設計與研究

廖雪平，吳純福，褚安華，游潔，戴太亮

?

基于純電車的鋁合金發動機艙設計與研究

廖雪平，吳純福，褚安華，游潔，戴太亮

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

文章闡述了某款純電汽車的鋁合金發動機艙的設計與研究，通過對總布置分析、安全碰撞分析兩方面進行闡述論證，并在此基礎上完成整車項目開發。針對純電汽車鋁合金發動機艙的開發要求，現有發動機艙需進行設計優化，零部件由鈑金沖壓件變化為鑄鋁件、擠壓件、鋁板沖壓件；連接方式由鋼點焊變化鉚接和結構膠連接成，最終實現鋁合金材料在發動機艙應用，達到車身減重目標。

鋁合金；車身；發動機艙； 結構設計

前言

圍繞汽車低碳化環保、智聯化、輕量化發展趨勢，各大車企紛紛加大投入新能源汽車產業研發，其中純電的鋁合金車身汽車以輕量化、零污染、可回收等方面性能，受到各大車企的追捧。

從本文針對電機前置的承載式車身其中的鋁合金發動機艙結構設計加以闡述。

1 發動機艙組成

對電機前置的承載式車身其中的鋁合金發動機艙，主要由前縱梁總成、前減震塔總成、前圍板總成、空氣室總成、前端模塊（分鈑金和塑料兩種）等構成。前端鈑金模塊與前縱梁之間、空氣室與發動機艙之間，均有焊接和螺接兩種方式，前者一般采用螺接方式，后者常采用焊接方式。

2 發動機艙設計要求

針對不同的市場，需滿足以下通用要求：

1）發動機艙設計時，應符合整車性能及總布置設計要求，不與周邊各部件發生干涉；

2）發動機艙結構強度、動/靜剛度、疲勞耐久性能和模態等必須能夠承受在其使用壽命內設計所允許的所有靜力和動力載荷，不發生塑性變形或破壞；不同車型的剛度和疲勞耐久性，需根據整車裝備、平臺級別、工作環境而定，模態需滿足整備車身模態大于發動機怠速二階激勵頻率2Hz～3Hz 以上；

3）保證在車輛發生碰撞時發動機艙有足夠的吸能性，對乘員有很好的保護作用；

4）符合制造工藝要求，包括沖壓、焊接、涂裝、總裝等；

5）前圍總成設計，需考慮減震、隔音、隔熱性能與密封性能要求；

6）在滿足白車身性能的前提下，要充分的考慮對發動機艙的輕量化要求。

3 發動機艙布置分析

3.1 發動機艙搭載零件分析

發動機艙設計應符合整車性能及總布置設計要求，不與周邊各部件發生干涉；解決如下零件的搭載：

圖1 發動機艙主要搭載零件

3.2 發動機艙主要零件間隙分析

發動機艙內的零部件的間隙，分為三類，即兩個靜止零件之間的距離、靜止零件和運動零件之間的距離、兩個運動零件之間的距離。原則上，兩個靜止零件之間的距離不小于10mm；靜止零件和運動零件之間的距離不小于25mm。兩個運動零件之間的距離不小于30mm[1]。

4 發動機艙碰撞空間分析

4.1 碰撞結構開發方案

圖2 傳力路徑示意圖

表1 碰撞結構優化方案

發動機艙的碰撞方案采三條傳力路徑如圖2所示，提高整車正面碰撞性能。

設計電池包保護框架，保護電池包，同時考慮框架的吸能和抗變形性能，降低碰撞中電池包受擠壓發生嚴重變形的風險。

4.2 碰撞結構優化方案

發動機艙碰撞優化方案如表1所示。

5 產品性能分析

5.1 正碰和40%偏制碰分析

車輛在安全性方面，發動機艙主要安全性能表現在正碰和40%偏制碰中的性能，要求滿足C-NCAP五星的要求。在正碰分和40%偏制碰分析中，前圍入侵量滿足指標要求。

5.2 強度和耐久分析

車輛在行駛過程中，發動機艙會受到通過各種行駛狀態的沖擊，這就需要前機艙具備一定的強度要求來抵抗由于沖擊載荷導致的變形能力，車身需滿足在以下6種的沖擊工況，要求前機艙最大塑性變形小于所設定目標值：

1）左前輪321沖擊；

2）前輪垂直3G1沖擊；

3）1g緊急制動；

4）1g倒車制動；

5）1g極限轉彎；

6）整車扭轉。

經過CAE模擬分析，強度分析結果滿足設計目標。

加入實測載荷譜，經過底盤動力學迭代以及測試的材料S-N曲線進行疲勞仿真分析，最弱點循環耐久換算成綜合工況滿足大于10萬公里設計目標。

5.3 剛度和模態分析

白車身承擔著所有車輛的扭轉和彎曲載荷，因此白車車身剛度分布設計的是否合理會直接影響到整車性能。通過CAE分析，發動機艙剛度滿足白車身的剛度目標，滿足設計目標。

白車身的模態性能，不僅反映白車身的整體剛度，而且是白車關鍵性能指標。通過CAE分析，發動機艙模態滿足白車身的模態目標，滿足設計目標。

6 結束語

本文結合某SUV車身前機艙總成設計，從發動機艙布置和碰撞安全性兩大方向提出發動機艙相關設計要點，闡述了純電的鋁合金發動機艙的設計過程。

[1] 王靖元,楊新明,張勇乘用車發動機艙關鍵零部件的布置研究[J].汽車零部件2014(09):28-32.

Design and Research of Aluminum Engine Compartment Based on Pure Tram

Liao Xueping, Wu Chunfu, Chu Anhua, You Jie, Dai Tailiang

( Automotive Engineering Research Institute, Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 511434）

This paper presents the design and research of aluminum alloy engine room of one pure electric vehicle. The whole project of the car development is finished based on the general layout and safety crash analysis. In order to fulfill the requirement of aluminum alloy engine room of the pure electric vehicle, the traditional engine room needs to be optimized, and the traditional steel press part needs to be substituted by aluminum casting, aluminum extruding, and aluminum press part; and the connecting concept is also changed from steel weld spot to rivet and structure glue. Finally, it has realized the weight reduction of the car body through the aluminum alloy being used in the front engine room.

Aluminum alloy; Body; Engine compartment; Structure design

U469.72

B

1671-7988(2018)24-11-02

U469.72

B

1671-7988(2018)24-11-02

廖雪平，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.004