純電動專用車底板設計

唐繼光，李鵬飛，昌 宇，吳耀燕

（柳州延龍汽車有限公司，廣西 柳州545006）

0 引言

專用車底板主要起承重、支撐及連接底盤作用，對其安全可靠性和耐腐性和環保性及輕量化要求較高，而我國又把新能源汽車作為汽車產業發展的方向，以純電驅動為汽車工業轉型的主要戰略取向，這就對以非常規燃料為動力的純電動專用車輕量化設計提出了更高要求。

1 專用車底板工藝現狀

我國專用車多數是利用原出廠貨車底板進行改裝而成，而傳統專用車底板均采用傳統制造工藝，通過對Q235冷板下料、沖壓、拼焊、涂裝工序制造而成。其質量重，制造工序繁瑣復雜，單臺生產制造需要工時長，對生產、保護設備要求高，投資資金需求大，產品在投入使用后防腐能力一般，在環境較為惡劣情況下易生銹，產品報廢后無法保證綠色回收，回收價值及利用率低。

2 總體設計思路

目前我國新能源專用車絕大多數采用純電動技術路線，通過以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛。由于車輛車載電源容量有限，為了在容量、驅動及控制系統相同的情況下設計出續駛里程高的純電動車，在保證產品安全可靠性的前提下，車輛輕量化設計就尤為重要。底板總成作為專用車整車一部分，在設計專用車底板時需考慮以下因素：

（1）應較傳統底板輕量化，且滿足整車設計的最大裝載質量；

（2）應能在此底板總成基礎上開發多種專用車型；

（3）能與純電動貨車二類底盤安全可靠連接；

（4）防腐性好，可綠色回收，回收價值高；

（5）底板生產工序、工藝簡單，性價比高。

考慮以上因素，結合市場常用汽車材料及新型材料，主要以Q235冷軋鋼板、不銹鋼板、鋁合金、碳纖維為主，其中冷軋鋼板和不銹鋼均為傳統底板主要材料，強度好但質量重；碳纖維材料主要用于車身等部位，其特點質量輕，但成本高，性價格比低；而鋁合金卻優勢較為明顯，在底板生產過程中可以省去沖壓、拼焊及涂裝，同時也具備重量輕、制造簡單、防腐強、環保、燃燒困難、回收價值高等特點。因此在設計專用車底板時以鋁合金作為主要材料，鉚接工藝取代傳統焊接。

以最大裝載質量1.25T的純電動專用車LZL5030純電動桶裝垃圾運輸車為例。

3 結構設計

車型LZL5030純電動桶裝垃圾運輸車底板總長2 750 mm，寬1 510 mm，采用屈服強度σ=145 MPa的6063-T5鋁合金材料，最大裝載質量1.25T。底板總成尺寸簡圖如圖1所示，其中最大橫向跨度為510 mm，縱向跨度尺寸為900 mm，因此，縱向跨度受力最大，只要底板總成縱向跨度為900 mm外強度與剛度不超極限范圍，許可撓跨比小于0.004，底板總成就可以滿足車輛載重要求。

圖1 底板總成尺寸簡圖（mm)

3.1 面板

專用車底板面板是支撐貨物的平臺，底板總成核心部件，確保貨物裝卸方便尤為重要，要求平面平整及防滑，同時也要保證平面具有承載貨物的強度及方便衛生清理。

為確保強度符合設計要求的同時，還能控制自身重量，此面板依據工字鋼設計原理，將頂部平板面設計成由2 mm厚的若干個小梯形組成，底部設計成12 mm厚工字型，間隔50 mm（面板橫截面結構如圖2所示）。這種設計方式，既保證了產品生產的工藝性，同時平面防滑及平面強度也得到了有效的提高，而且還節約了材料。

圖2 底板面板結構圖（mm）

面板寬度分200～300 mm不同規格，不同的組合不僅能有效的滿足客戶對不同車型不同寬度的面板需求，而且還增強了產品的市場競爭能力。為后續本公司對各種改進和拓展車型提供了設計空間和設計思路，大大降低和縮減了后續車型的設計時間以及設計成本。

3.2 橫梁

專用車底板橫梁是對面板加強，起與底盤連接作用。

采用了寬42 mm，高28 mm，厚度2.5 mm的U型翻邊設計，保證了與底盤連接面有效接觸，同時也確保了與面板接觸面積，方便安裝螺母預埋放置。橫梁長度根據不同車型有所差異，橫梁橫截面結構如圖3所示。

圖3 底板橫梁截面圖（mm）

3.3 邊梁

專用車底板邊梁起連接面板、橫梁和車廂邊板作用，使整個車廂形成一體。

為使邊梁能有效連接，還要確保連接安裝的可靠性，設計采用了3.5 mm厚的己字型設計，上連接開口和側連接開口寬度均為30.5 mm，保證連接同時也為總裝鉚接留下了空間，也為改裝廂式運輸車、倉柵車、桶裝垃圾運輸車等專用車上裝結構預留連接空間。邊梁橫截面結構如圖4所示。

圖4 底板邊梁結構圖（mm）

3.4 底板總成拼裝

底板總成總長2 750 mm，寬1 510 mm，左右底板邊梁對稱布置，面板總成根據客戶需求，采用不同規格的面板拼接而成。最終，底板邊梁與面板、橫梁通過直徑10 mm子母鉚釘進行連接，而面板和橫梁則通過直徑8 mm子母鉚釘進行加強及防振動連接。橫梁起到了連接整個底板作用，底板總成剖面圖如圖5所示。

圖5 底板總成剖面圖（mm）

4 設計校核及應用

底板總成總長2 750 mm，寬1 510 mm，采用6063-T5鋁合金材料。而面板為整個底板總成的核心部件，承載著整車貨物重量，強度剛度要求最高，所以重點校核鋁合金型材面板的抗彎強度以及剛度是否符合載重要求。

如圖1所示，底板總成采用多塊鋁合金面板拼搭而成，取體積最小寬200 mm，跨度最大L=900 mm作為主要計算對象，每塊面板平均載荷約317 kg，而附加在長度L=900鋁合金型材的集中載荷為約57 kg。

經查《機械手冊》相關資料得：

彈性模量：E=70 000 N/mm2

面板慣性矩：Ix=44 608.021 mm4，橫梁慣性矩：Ix=19 052.114 9 mm4，抗彎截面系數：Wxmax=4 460.8 mm3

屈服強度：σ=145 MPa；P=57*9.8=558.6 N

強度條件：σmax[1]＝ Mmax/Wxmax≤ σ/1.5，其中彎矩Mmax＝PL/4=57*9.8*0.9/4=125.685 N/m

剛度條件：fmax/L≤ f/L=1/250，其中fmax[1]＝P L3/（48E·Ix）=2.72 mm

經計算：σmax=28.17≤96.7 MPa，強度滿足要求。

fmax/L=0.003＜0.004，剛度滿足要求。

由以上計算分析，車型面板是完全滿足設計要求強度和剛度的。因此底盤總成強度和剛度也是滿足設計承載要求的。且此款底板已應用到純電動桶裝垃圾車和純電動廂式運輸車上，成功服務于環衛事業和物流行業。如圖6、圖7所示。

圖6 純電動廂式運輸車

圖7 純電動桶裝垃圾運輸車

5 結束語

本文采用鋁合金材料對最大裝載質量1.25T的純電動專用車底板總成進行了設計，特別是對面板外形結構的設計，相比相同規格的采用Q235冷軋鋼板生產的底板，采用鋁合金材料生產的底板在工藝上有了明顯優勢：

（1）在整個生產工序過程中，底板總成生產只有下料、拼裝、鉚接工序，省去了傳統底板生產所需的沖壓、焊接、打磨、電泳、噴涂等工序，不僅節約了生產時間；

（2）降低了制造成本，減少了傳統生產所需的固定資產的投資，如沖壓設備、涂裝生產線、拼焊接生產線等。

（3）提高了防銹能力，而且也實現了綠色生產，回收價值高。

（4）減輕了質量，提高純電動專用車續駛里程。

（5）在專用車改裝上，可以滿足廂式運輸車、桶裝垃圾運輸車、倉柵車、清洗車等車型開發，增強了底板對多種車型開發的適應性。

由于鋁合金成本較傳統材料Q235冷軋鋼板成本高，因此今后我們也會在性價比上作深入研究，開發出性價比高，讓大眾市場都可以接受的產品。