電動(dòng)汽車底盤輕量化
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-13
電動(dòng)汽車底盤輕量化的視頻教程
汽車輕量化有哪些途徑？
主要內(nèi)容：1.汽車輕量化的意義 2.汽車輕量化途徑 3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化 4.材料輕量化 5.制造新工藝
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電動(dòng)汽車底盤輕量化的實(shí)例教程
操控與制動(dòng)是汽車的基本功能。即便如此，相應(yīng)的技術(shù)還在不斷地發(fā)展過(guò)程中。底盤技術(shù)未來(lái)所面臨的挑戰(zhàn)是電動(dòng)化與輕量化。
排放、輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的準(zhǔn)備是汽車工業(yè)目前所面臨的主題。但是底盤技術(shù)依然是汽車生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，尤其是制動(dòng)和操控相關(guān)的技術(shù)。汽車工程師一直在持續(xù)努力，將最新的輕量化技術(shù)應(yīng)用于底盤開(kāi)發(fā)中。
采埃夫集團(tuán)乘用車底盤技術(shù)主管克萊因認(rèn)為，對(duì)于底盤來(lái)說(shuō)，輕量化是一個(gè)真正的機(jī)會(huì)。采用新材料來(lái)替代傳統(tǒng)的鋼材，從而實(shí)現(xiàn)材料的替代。新材料包括了熱塑性塑料、熱固性聚合物、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料等等，另外，還有鋁與各種高強(qiáng)鋼，以及基于這些材料的混合構(gòu)造、三明治構(gòu)造等等。
對(duì)于復(fù)雜性更好的理解
德國(guó)最新出版的《底盤技術(shù)手冊(cè)》中寫道：“通過(guò)底盤件的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，汽車生產(chǎn)企業(yè)與供應(yīng)商對(duì)于底盤件之間復(fù)雜的相互作用有了更好更深的理解。在過(guò)去的二十年里，汽車底盤的質(zhì)量和性能都得到了極大的提升。功能日益強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具、材料和制造方法都為此做出了貢獻(xiàn)，使得汽車底盤技術(shù)開(kāi)發(fā)達(dá)到了一個(gè)機(jī)械智能化的高水準(zhǔn)。”
汽車底盤技術(shù)所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是要借助于功能強(qiáng)勁的計(jì)算機(jī)和程序所支撐的虛擬開(kāi)發(fā)過(guò)程，以便于在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，充分利用對(duì)于底盤系統(tǒng)及其內(nèi)在關(guān)系的全面理解和知識(shí)。此外，還需要加強(qiáng)和人體學(xué)、信息學(xué)等多方面知識(shí)領(lǐng)域的深入合作，以進(jìn)一步改善客戶體驗(yàn)。
德國(guó)最新出版的《底盤技術(shù)手冊(cè)》中，針對(duì)電動(dòng)出行對(duì)于底盤技術(shù)的影響也進(jìn)行了充分的討論。
“電動(dòng)出行將會(huì)對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生革命性的影響，尤其是電動(dòng)車。電動(dòng)車無(wú)須變速，或者只需要一級(jí)最多二級(jí)變速。發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)可以緊湊的構(gòu)造放置于車的后部，這樣一來(lái)，傳動(dòng)系統(tǒng)得到明顯簡(jiǎn)化，空間得到更好地利用。”
展開(kāi) 底盤系統(tǒng)
包含了懸架、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等子系統(tǒng)，在傳統(tǒng)意義上它影響著整車的舒適性、安全性與操控性，而對(duì)于新能源汽車而言，它的影響更加深遠(yuǎn)。
新能源汽車的底盤設(shè)計(jì)有兩種途徑，一種是由傳統(tǒng)底盤改制設(shè)計(jì)，盡可能地沿用原有設(shè)計(jì)，根據(jù)需要進(jìn)行部分的改制工作，開(kāi)發(fā)難度小、開(kāi)發(fā)成本低、開(kāi)發(fā)周期短，并且能夠與傳統(tǒng)車共用平臺(tái)，并在很大程度上沿用傳統(tǒng)車的成熟零部件。
但是考慮到公用性等，在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程中受到的限制較多，總布置的難度較大，模塊集成化較低等缺點(diǎn)。
另外一種是新能源專有平臺(tái)開(kāi)發(fā)，沒(méi)有燃油車公用等眾多限制，新能源專有底盤的設(shè)計(jì)可以更優(yōu)化、集成度更高、性能更卓越，因此專有平臺(tái)已經(jīng)成為新能源汽車底盤設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。
新能源汽車的底盤系統(tǒng)需要適應(yīng)于車載能源的多樣性、適用于高度集成的系統(tǒng)模塊，同時(shí)不限制汽車內(nèi)部空間與外部造型的設(shè)計(jì)。
底盤零件新材料、新工藝和穩(wěn)定性的總體要求
輕量化和新材料
汽車底盤在未來(lái)的發(fā)展方向之一便是汽車輕量化， 對(duì)于輕質(zhì)合金材料和高強(qiáng)度鋼的需求量在未來(lái)將會(huì)大大增加；底盤上對(duì)于鋁合金的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越多；鎂合金的需求量也呈增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。但是，也要不斷研究一些新型設(shè)計(jì)來(lái)滿足汽車零部件重量輕的需求。
底盤輕量化
新能源汽車電池的重量占全車總重量的30%，其他的是車身和配件，因此，為了提升新能源汽車的性能與能源效率要使底盤輕量化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要積極采用先進(jìn)的技術(shù)和材料，不斷改進(jìn)和完善結(jié)構(gòu)。一般情況下，可以改變尺寸、形狀或選擇空心結(jié)構(gòu)來(lái)降低零件質(zhì)量。同時(shí)，要盡量選擇鋁合金和鎂合金來(lái)代替鋼質(zhì)材料，這樣可以降低質(zhì)量，也可以引進(jìn)熱成形等新型方法降低零件質(zhì)量。
對(duì)TRIP鋼材料的應(yīng)用
雖然TRIP鋼材料現(xiàn)階段在小型汽車中的應(yīng)用并不多見(jiàn)，尤其是在底盤設(shè)計(jì)中，更是不會(huì)使用TRIP鋼材料。
展開(kāi) 2.1.3 材料優(yōu)化
設(shè)計(jì)底盤懸架部件時(shí)，“出鏡率”較高的方法是運(yùn)用輕質(zhì)材料，該法擁有良好的發(fā)展前景，這是因?yàn)槠浼饶転?em>汽車運(yùn)行的可靠性提供保證，還可使底盤質(zhì)量減小。在合金制造技術(shù)趨于完善的當(dāng)下，以鋁合金、高強(qiáng)度鋼為代表的諸多材料，均已被用來(lái)制造汽車，沖焊零件固有優(yōu)勢(shì)通常可因此而得到充分發(fā)揮。例如，在對(duì)B 級(jí)汽車進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員選擇運(yùn)用鋁合金制造控制臂及副車架，汽車質(zhì)量降低幅度明顯，與此同時(shí)，底盤懸架功能的實(shí)現(xiàn)并未受到影響。由此可見(jiàn)，對(duì)中端和低端汽車而言，材料優(yōu)化是輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
2.2 設(shè)計(jì)方法
2.2.1 集成設(shè)計(jì)
要想使汽車業(yè)具備實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的前提條件，將產(chǎn)品質(zhì)量提升到更高水平，前提是對(duì)設(shè)計(jì)方案加以調(diào)整，現(xiàn)階段，橡膠懸架、空氣懸架均已得到推廣，二者的優(yōu)勢(shì)主要是以懸架承載力達(dá)到行業(yè)要求為前提，通過(guò)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行大幅降低，將制造成本控制在合理范圍內(nèi)。上述提到的橡膠懸架，強(qiáng)調(diào)用橡膠彈簧替代鋼板彈簧，通常由推力桿、均衡梁及橡膠主（副）簧組成，其優(yōu)勢(shì)往往表現(xiàn)在三個(gè)方面，分別是無(wú)需維護(hù)、舒適性能佳、滿足輕量化要求。在落實(shí)輕量化設(shè)計(jì)的相關(guān)工作時(shí)，有關(guān)人員往往將集成設(shè)計(jì)作為首選方案，通過(guò)細(xì)化分工的方式，使部件擁有更為理想的兼容性及實(shí)用性。在傳統(tǒng)觀念里，兼用性并非細(xì)化分工需要考慮的部分，因此，多數(shù)汽車的底盤部件均有明顯界限，其中，界限最為分明的部件主要是前縱梁和彈簧支架，即便空間分布十分緊湊，仍然無(wú)法達(dá)到輕量化要求。而引入集成設(shè)計(jì)理念，通常可使上述問(wèn)題迎刃而解，有關(guān)人員以零件集成應(yīng)用為切入點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化的方式，獲得集成零件。事實(shí)證明，這樣做可使零件質(zhì)量得到有效降低，輕量化設(shè)計(jì)初衷隨之實(shí)現(xiàn)。
2.2.2 等邊界設(shè)計(jì)
事實(shí)證明，將等邊界設(shè)計(jì)用于底盤懸架部件設(shè)計(jì)，對(duì)其質(zhì)量的降低有突出效果。
展開(kāi) 某電動(dòng)車公司推出一款微型電動(dòng)車，適用于保衛(wèi)、觀光、代步和運(yùn)輸?shù)榷喾N用途，該車經(jīng)有限元分析表明，仍具有一定的輕量化設(shè)計(jì)空間，通過(guò)減輕車架質(zhì)量，一方面降低成本，另一方面也可提高電動(dòng)車的續(xù)航里程。電動(dòng)車車架如圖1所示。該電動(dòng)車為脊梁式結(jié)構(gòu)，中部為電池框，前軸和后軸分列電池框前后。該車架采用Q235矩形鋼管，初始整備質(zhì)量（含兩名乘員150Kg）653Kg。
圖1 車架示意圖
1.有限元建模
使用Hypermesh建立車架的有限元模型，為滿足車輛行駛狀態(tài)下的極端工況要求，分別設(shè)置彎曲和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)工況，動(dòng)載系數(shù)參考相關(guān)資料設(shè)置為2.5和1.5.
選擇以所有的桿件的橫截面寬度和高度為設(shè)計(jì)變量，為滿足制造要求，對(duì)對(duì)稱件和相關(guān)的桿件進(jìn)行尺寸關(guān)聯(lián)，保證優(yōu)化過(guò)程中桿件間尺寸一致，設(shè)計(jì)變量可以選擇連續(xù)尺寸，也可以根據(jù)廠商所能夠買到的型材進(jìn)行離散尺寸優(yōu)化。以質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)，材料的屈服極限、一階固有頻率、剛度和尺寸為約束。
2.優(yōu)化結(jié)果
經(jīng)過(guò)尺寸優(yōu)化，在保證彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和固有頻率不低于優(yōu)化前的同時(shí)，車架質(zhì)量下降14Kg，減重幅度達(dá)到17%。
展開(kāi) ②鋁合金材料框架的MPDB碰撞性能優(yōu)于型鋼材料框架，并且鋁合金框架的整體重量減輕了2.8kg，輕量化效果顯著。
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電動(dòng)汽車底盤輕量化的最新內(nèi)容
AUTO TECH China 2026 第十三屆廣州國(guó)際汽車輕量化技術(shù)及車用材料展覽會(huì)
The 13th International Automotive Materials and Lightweight Technology Expo
AUTO TECH China 第十三屆國(guó)際汽車輕量化技術(shù)及車用材料展覽會(huì)是關(guān)于各種先進(jìn)汽車材料及汽車輕量化的解決方案，如金屬材料
<p class="ql-align-right"><strong>本文作者：Royston Jones</strong></p><p class="ql-align-right"><strong>Altair 產(chǎn)品設(shè)計(jì)首席技術(shù)官&汽車行業(yè)高級(jí)副總裁</strong></p><p><br></p><p>長(zhǎng)期以來(lái)，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造方式基本保持不變。這是一個(gè)緩慢、耗時(shí)的過(guò)程，以試錯(cuò)法和物理原型為特征
汽車材料展︱2025 廣州國(guó)際汽車輕量化技術(shù)及車用材料展覽會(huì)
Asia's Leading Exhibition for Automotive Lightweight Technologies and Auto Materials !
AUTO TECH 廣州國(guó)際汽車輕量化技術(shù)及車用材料展是關(guān)于各種先進(jìn)汽車材料及汽車輕量化的解決方案，如汽車輕量化金屬與非金屬材料、輕量化部件、設(shè)計(jì)、
展會(huì)簡(jiǎn)稱：中國(guó)汽車輕量化展|北京輕量化技術(shù)展|北京輕量化材料展|北京交通輕量化展|北京輕量化裝備展
★ 展會(huì)基本信息：
展會(huì)時(shí)間：2025年02月21日--02月24日（展覽四天）
展覽地點(diǎn)：北京·中國(guó)國(guó)際展覽中心（順義新館）
招展單位：上海梵翡會(huì)展有公司
------歡迎參加亞太地區(qū)影響力的輕量化產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域的國(guó)際盛會(huì)！
★ 展會(huì)概況：
當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局
2024第十七屆國(guó)際汽車輕量化大會(huì)暨展覽會(huì)的通知|汽車輕量化
中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、江蘇省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱“輕量化聯(lián)盟”）和揚(yáng)州市人民政府將于 2024年10月9-11日 在 江蘇省揚(yáng)州市 國(guó)際展覽中心舉辦 2024（第十七屆）國(guó)際汽車輕量化大會(huì)暨展覽會(huì) （以下簡(jiǎn)稱“大會(huì)”）
李先生編寫 152/1006/3431
主辦單位
中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、
精彩直播預(yù)告
車用增強(qiáng)塑料的力學(xué)性能高度倚賴工藝，相關(guān)結(jié)構(gòu)的輕量化與優(yōu)化依賴于分析精度。目前，汽車EV化的高速推進(jìn)導(dǎo)致輕量化需求日益提高，基于材料各向同性、部件均勻化、準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè)的分析方法已無(wú)法有效挖掘相關(guān)部件的減重潛力。
Digimat作為一款復(fù)合材料多尺度分析平臺(tái)，提供了多尺度材料正&逆向建模、材料數(shù)據(jù)庫(kù)、工藝結(jié)果映射及結(jié)構(gòu)多尺度耦合分析、A-&B-許用值虛擬計(jì)算等眾多功能
摘 要：以某款新能源汽車的鋼制車門為分析對(duì)象，借助HyperWorks有限元軟件，對(duì)車門進(jìn)行靜力學(xué)和模態(tài)性能分析。以分析結(jié)果為參考，采用等質(zhì)量替換法，建立碳纖維復(fù)合材料車門的有限元模型。以復(fù)合材料車門質(zhì)量最小化為目標(biāo)函數(shù)，靜態(tài)性能為約束條件，進(jìn)行了自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、鋪層順序優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化結(jié)果規(guī)整后進(jìn)行性能驗(yàn)證。結(jié)果表明，獲得的優(yōu)化方案在滿足性能要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設(shè)計(jì)
摘 要：為達(dá)到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設(shè)計(jì)階段對(duì)汽車輪轂進(jìn)行結(jié)構(gòu)尋優(yōu)。用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)作為概念設(shè)計(jì)的方法，建立基于變密度拓?fù)鋬?yōu)化方法的汽車輪轂概念設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設(shè)計(jì)有限元模型，然后引用折中規(guī)劃法解決多工況問(wèn)題，在Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件中建立汽車輪轂的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)
引言
汽車踩踏板是駕駛員實(shí)現(xiàn)汽車加減速的重要零部件，主要包括踏板面、主體和固定部分，圖1為汽車踩踏板模型。據(jù)計(jì)算，汽車的總質(zhì)量降低10%后，燃油消耗可降低6%~8%，排放污染物可降低4%，汽車輕量化設(shè)計(jì)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)峰”具有重要意義。踩踏板是汽車工作過(guò)程中使用頻率最高的零件之一，其輕量化設(shè)計(jì)是當(dāng)代汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的重要考慮因素
當(dāng)今，汽車制造業(yè)正朝著更輕、更高效、更可持續(xù)的方向發(fā)展。在這一輕量化的趨勢(shì)中，車身一體化壓鑄技術(shù)成為了一項(xiàng)引人注目的創(chuàng)新。通過(guò)將多個(gè)鋁合金零部件整合為一個(gè)無(wú)縫結(jié)構(gòu)，一體化壓鑄技術(shù)不僅減輕了整車重量，還提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性能。它不僅在汽車行業(yè)取得了顯著的進(jìn)展
