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摘要：本文利用了多体动力学软件对低速电动车制定的工况进行了计算，获得边界载荷，之后使用了惯性释放的方法对强度进行分析。将分析后的结果作为基础对部分零部件的壁厚度进行优化，将优化后的低速电动车车身进行了强度校核。经过计算、优化后可以看出使低速电动车的车身符合强度要求，达成减少重量与成本的最终目标。
关键词：低速电动车；车身强度；惯性释放；优化设计
前言：低速电动车的承载式车身主要功能是对前悬挂、后悬挂、副车架、蓄电池、电动机等零部件进行连接的重要结构部件，由于其结构特性与用途十分特殊，相比于传统的汽车工况来说，其工况分析具备较强的差异。本文使用了有限元的分析办法对结构强度进行了分析与评价，可以得出与实际使用工况相符的边界载荷，从而制定更加合理、科学的优化方案。
一、低速电动车车身有限元模型的构建
在本次强度分析与优化设计中使用的低速电动车车身主要使用了冷轧薄钢冲压成型，利用点焊的方式组合而成。车身的有限元模型中包含抽中面后的壳体结构与点焊单元共同组成。在本次使用的有限元模型中包含399402个Quad4单元，21034个Tria3单元，426351个壳单元，2431个点焊单元。
图1有限元模型
二、低速电动车工况分析
低速电动车车身在道路行驶的过程中，会受到来自簧下质量反馈形成的激励，市区中较为常见的道路包含颠簸路、减速带、起伏路等，对其进行综合分析之后，对整车的行驶工况进行了记录与分析：低速电动车处于弯曲工况，说明低速电动车的整车在正常直线起伏道路中行驶[1]；低速电动车处于制动工况，说明低速电动车的整车以最大减速度进行制动；低速电动车处于转弯工况，说明低速电动车整车在恒定的车速基础上进行弯道行驶；低速电动车处于扭转工况，说明低速电动车的整车正在极限扭曲的道路中以恒定车速进行行驶。将低速电动车的行驶工况作为基础，利用多体动力学软件进行计算之后获得边界载荷。
三、低速电动车车身强度分析
在低速电动车的车身强度进行了分析，在不同工况的情况下，工况包括弯曲工况、制动工况、转弯工况与扭转工况。车身结构的应力集中点不同。在弯曲工况条件下，低速后地板横梁连接板的测试安全系数为2.3；在制动工况条件下，低速电动车车身前挡板下横梁的测试安全系数为1.5；在转弯工况条件下，低速电动车车身的低速后地板横梁连接板测试安全系数为2.7，低速后地板横梁加强板测试安全系数为1.2；在扭转工况条件下，低速电动车车身后悬安装板的测试安全系数为1.2.
可以看出，在弯曲工况、制动工况、转弯工况与扭转工况条件下，车身的结构安全系数很高，因此可以对其进行优化设计。
四、低速电动车车身应变测试
对低速电动车车身原结构的强度进行分析之后，使用了应变测试的方式，将应变片贴在应力集中点上，从而完成验证过程。在验证试车环节，选择的环境包括鹅卵石路面、搓衣板路面、扭曲路面。经过对比与分析，可以看出测试数据与强度分析结果相符，也说明使用CAR分析方法的可行性符合要求。
五、低速电动车车身优化设计方案
通过对低速电动车的车身在不同工况下的结构属性进行分析，本文设计了车身的减重优化方案：
1.车身前地板本体，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
2.车身前挡板，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
3.车身左尾灯安装板[2]，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
4.车身左侧围内板后部本体，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
5.车身左后围连接板，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
6.车身左侧副车架加强件挡件，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
7.车身前顶何亮，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
8.车身右尾灯安装板，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
9.车身充电口盒，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
10.车身右侧围内板后部本体，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
11.车身右后围连接板，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
12.车身右侧副车架加强件挡件，原本的壁厚度为0.8mm，优化之后的壁厚度为0.7mm；
13.车身左A柱下内板后段，原本的壁厚度为1mm，优化之后的壁厚度为0.8mm；
14.车身右A柱下内板后段，原本的壁厚度为1mm，优化之后的壁厚度为0.8mm；
15.左纵梁盖板，原本的壁厚度为1mm，优化之后的壁厚度为0.8mm；
16.车身右纵梁盖板，原本的壁厚度为1mm，优化之后的壁厚度为0.8mm；
17.车身左后流水槽本体，原本的壁厚度为1mm，优化之后的壁厚度为0.8mm；
18.车身右后流水槽本体，原本的壁厚度为1mm，优化之后的壁厚度为0.8mm；
19.车身低速左门槛前段，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
20.车身低速右门槛前段本体，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
21.车身低速前地板横梁，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
22.车身左纵梁，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
23.车身右纵梁，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
24.车身左侧围外板补板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
25.车身A柱加强板本体，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
26.车身左侧围内板后部本体加强板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
27.车身左侧围C柱内板加强板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
28.车身左B柱中加强板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
29.车身右侧围外板补板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
30.车身右A柱加强板本体，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
31.车身右侧围内板后部本体加强板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
32.车身右侧围C柱内板加强板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm；
33.车身右B柱中加强板，原本的壁厚度为1.2mm，优化之后的壁厚度为1mm。
完成低速电动车车身优化之后，车身的原始状态重量为144kg，优化完成的重量为135kg,重量减少了9kg，降幅达到6.3%。
六、低速电动车车身强度校核
将优化之后的低速电动车车身方案进行了强度校核，校核的结果见表1 。
表1 低速电动车车身优化方案强度分析结果表
在对低速电动车车身强度校核之后，在弯曲工况，低速后地板横梁连接板测试时的安全系数为2.2；制动工况下，前挡板下横梁测试时的安全系数为1.2；转弯工况下，低速后地板横梁连接板的安全系数为2.5[3]，低速后地板横梁加强板的安全系数为1.2；在扭转工况下，后悬安装板的测试安全系数为1.2.从校核结果可以看出，完成优化的电动车车身结构可以符合使用要求。
结语：通过对低速电动车的车身强度进行分析与优化，说明原始状态的车身结构具备很高的安全系数，优化空间很大。为了验证车身原始状态的强度采用了应变测试，测试数据与强度分析结构高度吻合，说明CAE分析办法十分正确。最后对车身的强度进行了校核，确保优化方案可以满足使用需求。
参考文献:
[1]孙于胤,周玉军,李喜全. 低速电动车白车身强度分析与优化设计[J]. 装备制造技术,2017(10):120-122+135.
[2]王红霞,郜振海. 基于ANSYS-Workbench的低速电动车车身振动分析[J]. 南方农机,2018,49(17):18-20.
[3]新华. 两会在即 低速电动车发展新转折[J]. 电动自行车,2017(02):1-3.
论文作者:秦雪莲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：厚度论文; 车身论文; 工况论文; 电动车论文; 强度论文; 安全系数论文; 横梁论文; 《电力设备》2018年第29期论文;