新能源汽车悬置轻量化设计分析探讨

新能源汽车悬置轻量化设计分析探讨

黄受庄

身份证号 : 45021119781116****

摘要：动力总成悬置系统是支撑汽车动力总成、减缓汽车在行驶运输中各种冲击和降低噪音的重要系统，悬置系统主要包括，橡胶弹性单元部分，动力总成连接部分及车身支架连接部分。传统的动力总成悬置支架均采用铸铝、铸钢、或钣金材质。由于新能源汽车的整车装备重量直接影响汽车的续航里程，轻量化是新能源汽车的必要发展方向。汽车的轻量化最终要分解落实到相关零部件的轻量化上。塑料及纤维复合材料在汽车工业中的应用日趋广泛，使用量持续增长，特别是在内饰件和外饰件零件中的应用。基于此，本篇文章对新能源汽车悬置轻量化设计进行分析，以供参考。

关键词：新能源汽车；悬置支架；轻量化

引言

随着新一轮科技革命和产业变革孕育兴起，新能源汽车产业正进入加速发展的新阶段，不仅为各国经济增长注入强劲新动力，也有助于减少温室气体排放，应对气候变化挑战，改善全球生态环境。新能源汽车电机和减速器系统激励和传统燃油车相比呈现明显的不同，其激励源主要有电机转子的旋转运动加上磁力线切割作用，以及减速器齿轮旋转受力，此外新能源动力总成振动具有频率范围宽，阶次激励源多等特点；从机械动力学角度来看，悬置系统即是激励源也是受隔振对象，因此设计一套良好新能源动力总成悬置系统，既要满足悬置系统轻量化要求。

1新能源汽车的概念

新能源汽车是近些年提出并受到人们重视的概念，是与传统能源汽车相对应的概念，由于新能源汽车发展时间还很短，对其进行的研究也较少。对于新能源汽车可以从广义和狭义两个角度进行分析。就广义角度而言，只要是不使用柴油、汽油等相关类型材料作为源动力的汽车都可以被称之为新能源汽车，所以将电能、天然气等作为动力的汽车都可以被看作是新能源汽车。但是，就狭义角度而言，新能源汽车指的是不以常规能源作为动力来源而形成的汽车，利用动力控制、驱动等相关技术的汽车。如果从狭义角度看待新能源汽车，对于汽车行业的发展而言是非常有利的，促使科技能取得进一步发展，并达到一个新的高度。如今，新能源汽车成了汽车行业发展的趋势，需要对各项技术进行不断开发，促使新能源汽车能在生活中得到普及应用。

2新能源汽车发展现状

2.1新能源汽车逐步替代燃油汽车

近年来，全球各汽车强国纷纷将新能源汽车提升至国家战略。全球能源和环境系统面临巨大的挑战，燃油汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，全球范围内禁售燃油车已成趋势。欧盟部分国家将“禁售燃油车时间表”法律化。荷兰和挪威禁售时间定在2025年，德国和印度是在2030年，英国和法国则是定在2040年。我国禁售燃油车时间表也正在研究和制定中。

2.2新能源汽车发展主要方向

锂电和燃料电池纯电驱动将是新能源汽车的主要方向，油电混合、插电式混合动力也将是新能源汽车发展的主要内容组成。未来随着新能源汽车的进一步普及应用和技术进步，城市生活环境进一步改善。

3新能源汽车的类型

1. 纯电动汽车。此种类型汽车是以电能为动力能源，其新增了动力电池、驱动电机等各类装置，但是没有了发动机、变速箱等装置。纯电动汽车与当下人们普遍使用的燃油车相比较，不仅成本更低，而且保养相对简单，也满足了环保要求，但是由于技术的不成熟，当下纯电车行驶里程较短，而且在充电上需要较长的时间。2）混合动力汽车。在此类汽车中不仅拥有燃油系统，还有电力系统，根据形式的不同可将其分为常规混合动力以及插电式混合动力两种，其中前者没有插电口，主要依赖于发动机对发电机进行驱动而实现电力输出，而后者在车身上存在插电口，有外接充电即可。在这两种混合动力汽车中，常规混合动力汽车在节能上效果较差，而且很多国家还将其视为传统燃油车，使其处境变得较为艰难。

4新能源汽车悬置轻量化设计分析

4.1设计需求

某款新能源汽车需要设计匹配动力总成悬置系统，在客户给定的车身安装边界及动力总成的参数上，设计与其动力总成配合的悬置弹性中心位置，悬置刚度及悬置结构。通过多体动力学软件获得悬置在各个工况下的受力。再通过FEA分析计算支架是否满足设计要求。此项目动力总成由三相异步电机、差速器和减速器组成。动力总成参数如表1。

4.2　结构设计此项目在设计时，③号悬置单个支架质量达到627克重，比其他两个悬置支架重量超过1倍之多。考虑优化效率，主要考虑将③号悬置重量降低，以达到客户要求。在优化过程中，正对该支架优化了多轮结构，部分结构如表2所示。从表中可以得出，轻量化结构重量较优化前轻了将近50%。

表2　结构对比

4.3注塑成型分析

采用Moldflow软件对悬置支架成型过程进行模流仿真分析，获得悬置支架在注塑过程中熔接线位置、气泡位置及玻纤分布方向。将悬置支架的三维模型（图1）导入到Moldflow软件中划分分析网格（图2）。对悬置支架进行注塑成型仿真分析，得到注塑成型后的悬置支架的玻纤取向模型（图3）。

图1　三维模型图2　模流分析模型图3　玻纤取向

4.4　时域信号缩减

零件的疲劳损伤大部分都是来自原始数据中的大载荷，有很多的小载荷（例如平滑路面）对损伤的贡献很小而又占用了大部分的时间，这部分的数据应该被缩减掉，以达到试验能快速准确的完成，如图7；时域信号路谱疲劳试验为高周疲劳，最大应变力远低于材料极限强度，试验循环次数远大于104，故一般采用S-N曲线描述橡胶材料的高周疲劳特性，FEA分析橡胶主簧载荷-应力值；输入S-N参数或曲线；分析路谱缩减前后损伤值不大于1或者损伤比不大于10%。

5在汽车上发展新能源技术的方案

汽车新能源技术的利用，是时代进步的必经之路，在新能源汽车的研究中，关键的问题就是新能源对汽车动力的影响，在大量的新能源汽车用户反馈中，可以得出新能源汽车存在动力不足的问题，由于电力等能源的能量利用率和电机等因素的影响下，导致汽车的动力缺陷。因此，需要在汽车销售中，以及社区宣传里，推广介绍新能源汽车的优势，以及国家可持续发展的战略目标，以这种方法让消费者了解新能源技术的革新道路，开辟社区新能源汽车的新时代。由于新能源汽车领域，正处在刚刚起步的阶段中，所以需要先将宣传做到位，然后通过专业的科研人员抓紧时间研究，及时攻克技术上的难题。主要是降低新型汽车的制作难度，尽可能的使用单种清洁能源，举例来说，目前市场中的混合动力汽车，这种汽车对于制作的难度和成本都很高。在目前的发展趋势来看，这种汽车并不是十分收到消费者的青睐。因此，目前的系能源技术中，较为成熟的是电力和气体能源，压缩天然气和氢气，均是生产中不错的选择。

结束语

随着新能源汽车快速发展，各大主机厂商均推出多款新能源车型，发展离不开技术革新和政策引导，行业更需要能够为顾客提供优质的销售和售后服务的高技能专业人才。按照新能源汽车发展预测，未来几年新能源汽车专业人才需求量巨大。职业技能培训在解决人才紧缺和就业能力提升方面将发挥重要作用，在政府、企业和职业院校的共同努力下，将持续为新能源汽车售后服务体系提供专业人才保障。

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