摘要：随着时代的发展，汽车底盘设计备受重视，在进行汽车购买的过程中，人们非常重视汽车底盘参数，采用solidworks软件建模，导入ansys中进行屈曲强度分析，得到微型新能源汽车应力和变形变化情况并以此为依据进行结构优化，有效的保证了微型新能源汽车的结构强度，延长了工作寿命。
关键词：新能源汽车；有限元分析；屈曲强度；结构优化设计
1 前言
随着全球能源日趋短缺，环境污染及全球变暖问题日趋严重，新能源汽车被各国普遍关注，甚至被提高到关乎未来国家产业竞争力的高度。在电动汽车的各结构中底盘结构是最基本的，负责连接其它零部件,是主要的承载部件，各种载荷都作用在底盘结构上,底盘结构的性能指标在电动车设计中十分关键，所以底盘结构的结构分析及优化设计意义重大。当今时代，最炙手可热的话题可谓是绿色环保。这是一种趋势，汽车行业也只有顺应才能生存。现有的汽油柴油作为燃料中，化石燃料是不可再生的，总有用完的一天，所以人们一直在寻找可替代的能源，同时，燃油汽车的排放问题一直是诟病，而且如今的尾气转化催化剂的研发也遇到了瓶颈，短期不可能有较大的突破。寻找新能源迫在眉睫。经过人类的不断探索，确实发现了一些，其中包括了纯电动汽车、燃料电池汽车、氢能源汽车等。
2 有限元理论基础
有限元法是把结构整体分解成一定数量离散单元进行分析计算再由微小单元结构强度和变化组合成整体强度和变形的过程，有限元法的主要分析过程包括：结构离散化、离散单元有限元分析、集成分析和结果分析函数既可以应用在设计变量空间。
有限元法在计算时的特点为化整为零和化零为整，鉴于汽车结构受力的复杂性，汽车底盘结构分析及优化若使用传统结构分析则需要反复优化和计算，有限元法的运用则大大缩减了计算过程和工作量。
3 微型新能源汽车底盘结构受载分析
微型电动车底盘主要由主底盘、副底盘两部分构成，主底盘由两侧两根长纵梁、两根短纵梁和若干根横梁组成，副底盘由两根纵梁和四根横梁组成，这种主副底盘结构可以使底盘空间利用率最大化。该底盘长2450mm，宽1280mm，主、副底盘采用标准的矩型管型材焊接而成。
微型新能源汽车电动车的主要危险工况包含三种：包括对角两轮悬空、转弯和紧急刹车，分别称为I、II、III工况。
3.1 电动车有限元分析及结构优化
三种工况下分别对其进行屈曲强度分析和变形分析，电动车骨架底盘主要由Q235材料焊接而成底盘采用solid187单元建模，以尺寸为5mm的六面体网格划分，在工作状态下电车一般保持50km/h速度前行，前端主要载荷为发动机和控制器重量；中间部位载荷为座椅和乘客质量；后端主要为蓄电池重量，单元数量为4989个，网格数量为24781个。
分析可知：微型新能源汽车在工作工程中，主要的受力和变形主要出现在中间两横梁位置，I工况下最大应力为199MPa，最大变形为5.78mm。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Q235材料所允许的屈曲强度235MPa，若取动载系数为1.3，则许用强度为180MPa，新能源汽车底盘最大强度已大于许用强度，影响了汽车正常寿命。综合三种工况受力在底盘中间部分焊接一根连接架连接中间两横梁，后半部分减震连接处加焊两根支撑梁，可以有效的减小应力集中现象。
3.2 优化后模态分析
模态分析的具体工作方法是获取材料结构特征值和特征矢量，特征值就是要知道结构振动的一些基本振型对应的频率，在实际应用中，有时为了加强振动，应尽量接近基本频率，有时为了避免共振，应避开这些基本频率。基本频率是辨别结构变形快慢的参考，也是结构整体刚度的代表，如果结构的基本频率低，代表结构刚度很低，相反，如果频率很高，则代表结构刚度很高。振型的变化是材料在相应激振频率下的变形趋势，可以根据变形趋势改变其结构刚度。优化后底盘虽然可以有效降低其应力强度和变形，但对于其是否会产生共振仍不能保证，为保证其良好工作性能，对优化后底盘进行十阶模态分析，获取其十阶模态下固有频率，跟汽车工作过程中激震频率对比，验证其动态结构特性。
微型新能源汽车在工作过程中，主要受电机工作频率和路面激励为主，其中电机工作频率为40HZ-60HZ，路面激震频率为15HZ。易发生共振的区域主要出现在二阶到四阶之间，但其与固有频率均不会出现重合。
3.3 底盘轻量化
由于新能源汽车电池占据了很大重量，约占整车的30％，约70％的能源损失在汽车车身上。因此，实现汽车底盘控量化不仅可以有效提高新能源汽车的能源效率，而且能够提高新能源汽车的驾驶性能。底盘零件当前实现轻量化的主要途径为结构优化设计、先进材料和先进制造工艺的应用。结构方面包括零件形状、尺寸优化和使用空心零件结构等途径实现减重。材料方面主要有两种：一是通过使用铝合金和镁合金等轻质合金材料代替钢质材料；二是使用更高强度的钢板，通过材料强度减薄厚度实现减重。工艺方面包括使用液压成形、热成形等先进成形工艺降低零件重量。
3.4 底盘改装布置设计注意事项
电动车底盘的设计是在传统底盘的基础上对系统进行重新规划，由于这是一个全新的领域，为了尽可能提高底盘的可靠性，应该着重考虑：①蓄电池组应该尽可能安放在底盘质心，这样可以提高车辆行驶的稳定性，同时靠近主减速器，减少传递动力过程中的能量损耗；②电池架应设计得便于蓄电池的安装、拆卸和检查；③有选择性的沿用传统底盘的一些可靠结构，减少新平台的研发成本，提高车辆行驶、转向、制动能力。
4 结束语
鉴于新能源汽车寿命较短的问题，在三种工况下对新能源汽车中间部分和后轮部分进行优化并对优化后微型新能源汽车进行十阶模态分析，有效的提高了微型新能源汽车寿命并验证其不会产生共振的特性。
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论文作者:董发臣,绳晓普
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
标签：底盘论文; 结构论文; 新能源论文; 汽车论文; 强度论文; 频率论文; 工况论文; 《基层建设》2017年第8期论文;