謝政權(quán)

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

近年來(lái)，隨著科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，人們對(duì)汽車(chē)的需求量越來(lái)越高，汽車(chē)制造的規(guī)模也越來(lái)越大，雖然在一定程度上促進(jìn)了社會(huì)的快速發(fā)展，但是由于大多數(shù)廠商生產(chǎn)的汽車(chē)都是依靠石油作為燃料進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，這就導(dǎo)致很多有毒氣體的產(chǎn)生和排放，對(duì)空氣環(huán)境以及人體健康等都造成嚴(yán)重的危害。因此，相關(guān)部門(mén)必須要進(jìn)行積極重視，加強(qiáng)汽車(chē)能源動(dòng)力的轉(zhuǎn)型發(fā)展，將一些清潔能源引入到汽車(chē)動(dòng)力研究和發(fā)展中。在新能源汽車(chē)研究中，汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)便是一項(xiàng)重要內(nèi)容，尤其是車(chē)架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，更是保證新能源汽車(chē)有效應(yīng)用的重要前提。

1 新能源汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化基本簡(jiǎn)介

針對(duì)新能源汽車(chē)架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方案來(lái)講，一般都采用有限元軟件來(lái)進(jìn)行支持，但其中也包含眾多設(shè)計(jì)方法，在目前的研究中，變密度法具有較好的效果，在車(chē)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中得到研究者廣泛的喜愛(ài)和使用。其基本設(shè)計(jì)原理如下，首先，在假設(shè)的條件下，引入一種密度可變的車(chē)架材料，然后利用有限元模型進(jìn)行相應(yīng)的控制，通常情況下，在有限元模型中需要接入多個(gè)單元，用于對(duì)應(yīng)引入變密度材料中的相關(guān)參數(shù)，而這些不同單元中對(duì)應(yīng)的變密度材料的密度值，就是方案設(shè)計(jì)中所用到的相關(guān)變量。另外，對(duì)于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)所用的算法來(lái)講，其中用于表示單元材料是否填充的結(jié)果，采用的是二進(jìn)制。如相對(duì)密度值為1，則對(duì)應(yīng)該單元內(nèi)的材料已填充滿(mǎn)的情況，相反，如果相對(duì)密度值為0，則表示無(wú)材料進(jìn)行填充，對(duì)于這種情況的單元，在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)，就需要對(duì)它進(jìn)行刪除處理。由此可見(jiàn)，對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中變密度法的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，主要指的是特殊材料在相應(yīng)空間內(nèi)的分布和應(yīng)用的設(shè)計(jì)，如果布局設(shè)計(jì)的合理，這會(huì)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)于新能源車(chē)輛的架構(gòu)建設(shè)來(lái)說(shuō)，在使用效率和質(zhì)量方面都具有積極的作用。另一方面，對(duì)于新能源車(chē)架的整體結(jié)構(gòu)分析，我們發(fā)現(xiàn)他主要根據(jù)各部分的功能差異，相應(yīng)的劃分為三個(gè)部分。第一部分便是位于前頭區(qū)域的發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域，該區(qū)域的特點(diǎn)是具有較大的重量；第二部分便是車(chē)輛中間的電池安裝區(qū)域，該區(qū)域具有一定的承重作用，不僅要保證車(chē)輛上方乘客的重量承重，還要保證車(chē)輛前頭和后頭之間的連接支撐；第三部分便是車(chē)輛后頭的后備箱位置，該區(qū)域具有較輕的重量，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程注意與前頭區(qū)域進(jìn)行重量方面的協(xié)調(diào)。最后，這三個(gè)部分都由下方四個(gè)車(chē)輪進(jìn)行總體承接。其中需要注意的是，為保證車(chē)輛中部位置對(duì)乘客的承重以及保持車(chē)輛行駛的穩(wěn)定性問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般將中部區(qū)域設(shè)置的較低，以滿(mǎn)足車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行要求。

2 新能源汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果分析

眾所周知，車(chē)輛在行駛過(guò)程中，會(huì)受到多種外力的作用，比如重力、壓力、慣性力等，這些都會(huì)對(duì)車(chē)架造成壓力，因此，車(chē)架的承重能力直接決定著新能源車(chē)輛的整體質(zhì)量，特別是在路況不好的情況下，受力力度會(huì)加大，而且外力的變化幅度也會(huì)加大，使得車(chē)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的歪曲或扭轉(zhuǎn)的情況，如果在合理的范圍內(nèi)，則表示架構(gòu)正常。相反，如果變化角度過(guò)大，則產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，以下便是對(duì)這兩方面受力變化情況的分析。

2.1 車(chē)架彎曲情況分析

對(duì)于車(chē)輛架構(gòu)的彎曲高度進(jìn)行測(cè)試時(shí)，一般采用滿(mǎn)載情況的最大壓力來(lái)進(jìn)行，然后對(duì)其車(chē)架的彎曲情況進(jìn)行檢查，確定其是否在合理的變化幅度內(nèi)。對(duì)于普通情況下的新能源汽車(chē)使用來(lái)說(shuō)，其承載量一般為5名乘客，因此車(chē)輛中部上方的承載力值設(shè)定為600千克，其中動(dòng)力系數(shù)一般設(shè)置為2。另外，對(duì)于整個(gè)新能源車(chē)架的結(jié)構(gòu)承重情況來(lái)講，其中構(gòu)件的承重能力是最重要的，尤其是其承重中的應(yīng)變能大小，是檢測(cè)該架構(gòu)整體承重能力的重要參照。因此，在對(duì)有限元模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的車(chē)架承重能力進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其首先設(shè)計(jì)的函數(shù)便是對(duì)應(yīng)變能大小的反映，其設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)為以車(chē)輛架構(gòu)能彎曲的最大剛度為基礎(chǔ)，其垂直方向位移量最大不能超過(guò)1.2毫米，其水平方向位移量最大不超過(guò)0.3毫米，其中還需要注意的是，當(dāng)車(chē)架結(jié)構(gòu)受力變形時(shí)，一定要保證光滑過(guò)度，避免受外力影響而產(chǎn)生破壞。另外，在利用有限元軟件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和計(jì)算時(shí)，一般是基于ANSYS平臺(tái)來(lái)進(jìn)行的，具有較高的數(shù)據(jù)保障性，其數(shù)據(jù)變化主要是圍繞應(yīng)變能情況和車(chē)架受力變化位移情況來(lái)進(jìn)行分析和測(cè)試的。經(jīng)多次試驗(yàn)研究分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)30次迭代運(yùn)算后，起變化趨于穩(wěn)定。另外，對(duì)于車(chē)輛中部電池組位置的承重情況來(lái)講，主要在車(chē)門(mén)兩側(cè)布置較多的應(yīng)變材料，一旦車(chē)架受力產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲時(shí)，兩側(cè)的應(yīng)變材料為其承重能力提供支撐力。再者，加強(qiáng)車(chē)輛前中后各區(qū)域之間的連接性，以增強(qiáng)車(chē)架在整體受力方面的均衡性，從而更好地滿(mǎn)足車(chē)架受力彎曲的標(biāo)準(zhǔn)，保證車(chē)架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2.2 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)情況分析

對(duì)車(chē)架進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)量時(shí)，要根據(jù)車(chē)輛扭轉(zhuǎn)情況下的實(shí)際變化情況進(jìn)行相應(yīng)分析。首先，對(duì)車(chē)架下方前車(chē)輪處進(jìn)行施力，通常情況下，一般在左右前輪處施加同等大小，但方向相反的力道，使車(chē)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)角度，同時(shí)要保證車(chē)輛的總體承載力度仍然在600kg左右，注意檢查車(chē)體是否平衡，保證總體重量由四個(gè)車(chē)輪進(jìn)行均衡承擔(dān)，此時(shí)，每個(gè)車(chē)輪軸承處受力大小為3KN。同樣，在基于ANSYS平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)測(cè)試和計(jì)算，其測(cè)試過(guò)程為：首先，在車(chē)輛前輪兩個(gè)車(chē)軸位置施加同等大小且方向相反的力，其次，在車(chē)輛后輪兩個(gè)車(chē)軸處設(shè)置全約束荷載力，最后，利用變密度拓?fù)渌惴ㄟM(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以確定出相應(yīng)的變化情況是否滿(mǎn)足標(biāo)注，進(jìn)而判斷車(chē)架的質(zhì)量。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中，車(chē)架結(jié)構(gòu)一般會(huì)形成上下結(jié)構(gòu)分布，由于車(chē)架內(nèi)部設(shè)置了一些三角形的構(gòu)件，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在面對(duì)扭轉(zhuǎn)受力擠壓時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生較大車(chē)架變化情況，具有較高的質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，車(chē)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性對(duì)新能源汽車(chē)的有效應(yīng)用有著積極作用，而對(duì)于車(chē)架結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測(cè)，一般都是采用拓?fù)渌惴ㄟM(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的。因此，只要有效把握這兩方面的設(shè)計(jì)，對(duì)新能源汽車(chē)的普及和應(yīng)用有著重要意義，相關(guān)部門(mén)一定要對(duì)其進(jìn)行重視，采取措施加大力度進(jìn)行車(chē)架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，以更好地保證新能源汽車(chē)的使用質(zhì)量。