電動汽車鋁合金副車架的數(shù)值模擬仿真

摘 要：鋁合金材質(zhì)的副車架對于電動車來說是非常重要的，在設(shè)計(jì)前電動汽車鋁合金副車架進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真。

關(guān)鍵詞：鋁合金副車架；電動汽車；數(shù)值模擬

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

電動汽車（BEV）是近些年發(fā)展、推廣迅猛的一種機(jī)動車，無論是各國對電動汽車的重視程度，還是市場消費(fèi)者對電動汽車的接受程度，都在快速提高。與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車具有諸多優(yōu)勢，得到了社會和汽車生產(chǎn)廠商的諸多重視，技術(shù)和市場的前進(jìn)進(jìn)程都在不斷加快。首先，電動汽車行駛起來比較穩(wěn)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(jī)驅(qū)動，不存在發(fā)動機(jī)，維修保養(yǎng)上較省事。電動汽車不需要機(jī)油、三濾、皮帶等傳統(tǒng)汽車的常規(guī)保養(yǎng)項(xiàng)，只需對電池組、線路進(jìn)行維護(hù)，電動汽車的保養(yǎng)比燃油車要簡單、省時(shí)、省事。再者，傳統(tǒng)燃油汽車的尾氣排放一直是政府治理的重點(diǎn)，而電動汽車則擺脫了傳統(tǒng)汽車對石油的依賴，在降低排放污染、改善空氣質(zhì)量方面有很大的優(yōu)勢，因而必然要大力發(fā)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(jīng)濟(jì)性上，這低于目前傳統(tǒng)燃油汽車的出行成本，從經(jīng)濟(jì)性的方面考慮對消費(fèi)者非常有吸引力。

1 電動汽車的諸多優(yōu)點(diǎn)

消費(fèi)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(bǔ)貼，這一舉措使電池成本居高不下的電動汽車的售價(jià)能夠下降到與傳統(tǒng)汽車相當(dāng)?shù)乃?。與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動汽車在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲要少很多，因?yàn)殡妱悠囀强侩姍C(jī)驅(qū)動，不存在發(fā)動機(jī)。當(dāng)汽車的行駛速度較低時(shí)，傳統(tǒng)燃油汽車的乘坐感不如電動汽車，而當(dāng)行駛速度比較高了之后，胎噪和風(fēng)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(diǎn)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(jié)構(gòu)簡單，不再需要復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)和占據(jù)了大量空間的排氣系統(tǒng)，維護(hù)起來方便了很多，同時(shí)空間也得到了大幅的擴(kuò)展。電動汽車加速快，由于電動汽車的驅(qū)動是依賴于電動機(jī)而不是發(fā)動機(jī)，電動汽車在不同的轉(zhuǎn)速條件下都可以把扭矩提升至最高，在汽車起步時(shí)，速度的提升非常有優(yōu)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(jié)構(gòu)，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(nèi)外的各種載荷，車架的機(jī)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(gè)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(gè)重要意義，可以提高汽車駕駛?cè)撕统塑嚾说氖孢m感。如果一輛汽車沒有副車架，那么它就是承載式的設(shè)計(jì)，汽車的懸掛系統(tǒng)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(fù)雜度，影響了汽車生產(chǎn)的效率。而如果汽車有了副車架，懸掛系統(tǒng)可以與副車架安裝到一起，這就組成了一個(gè)總成件，在汽車裝配的時(shí)候，只需將這個(gè)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(chǎn)效率，減少了出錯(cuò)的可能，對汽車的生產(chǎn)制造起到了非常好的推進(jìn)作用。

3 鋁合金材料副車架的優(yōu)勢

對于一個(gè)汽車零件來說，材料是決定其性能很關(guān)鍵的一個(gè)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(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)械性能，鋁合金的強(qiáng)度很好，并不比性能優(yōu)異鋼材料的強(qiáng)度要差。第三，與鋼材料相比，鋁合金材料的可塑性也比較優(yōu)異，方便于加工制造。從一定程度上講，鋁合金在工業(yè)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(yōu)異，是一種非常合適的零件。

4 數(shù)值模擬仿真內(nèi)容

4.1 數(shù)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(guī)則截面等。通過DEFORM軟件進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，對內(nèi)高壓件成型過程中成型件的臂厚情況進(jìn)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(chǔ)是有限元，主要被用來研究工業(yè)中的各種工藝問題，從而確定設(shè)計(jì)和制造中的工藝參數(shù)。利用DEFORM軟件來對制造過程進(jìn)行仿真分析，有助于工程設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)過程，還可以從一定程度上減少實(shí)驗(yàn)研究，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，提高研究進(jìn)度，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。

4.2 數(shù)值模擬仿真參數(shù)設(shè)置

在數(shù)值模擬仿真中，必須首先創(chuàng)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(biāo)準(zhǔn)作出管件模型后，下一步進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在數(shù)值模擬中，將模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分是非常關(guān)鍵的一步，網(wǎng)格劃分所涉及的方面比較廣，也得投入較多的精力，網(wǎng)格劃分的精度和方法和數(shù)值模擬的結(jié)果有直接關(guān)系，數(shù)值模擬結(jié)果的精度和模擬時(shí)間都和網(wǎng)格劃分的情況相關(guān)。在實(shí)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(shù)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(fā)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(shù)值模擬仿真結(jié)果

在數(shù)值仿真模型建立好，各仿真參數(shù)也設(shè)置完畢后，對內(nèi)高壓件成型過程中成型件的臂厚情況進(jìn)行了分析。管件中部截面1/3內(nèi)定義了27個(gè)點(diǎn)，其中1點(diǎn)和27點(diǎn)為直邊中點(diǎn)位置，14點(diǎn)為圓角中點(diǎn)位置。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，臂的厚度隨著管件模型直邊中點(diǎn)到切點(diǎn)處的過渡而逐漸變小。仿真結(jié)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(shè)計(jì)與仿真。