摘要：近年來，我國大力發(fā)展新能源汽車，并對新能源汽車給予政策支持和財政補貼，我國新能源汽車快速發(fā)展，2015年我國新能源汽車生產(chǎn)量達到了80萬臺。車身是汽車重要的一部分，隨著復(fù)合材料在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用，以塑代鋼成為汽車制造領(lǐng)域追求的目標(biāo)，從過去汽車車身的零件如今發(fā)展到汽車車身整體塑化成型，未來汽車形狀輕量化、結(jié)構(gòu)輕量化、材料輕量化、設(shè)計輕量化將是車身設(shè)計的一個發(fā)展方向，從而為車主帶來更好的體驗。新能源汽車作為我國汽車制造領(lǐng)域先進技術(shù)的代表，分析新能源汽車全塑車身設(shè)計及制造技術(shù)，對促進我國汽車制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

傳統(tǒng)汽車在行駛過程中，會排放出大量的尾氣，汽車尾氣中含有大量一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、硫氧化物以及固體懸浮顆粒，當(dāng)硫氧化物達到一定濃度時會產(chǎn)生酸雨現(xiàn)象，直接影響農(nóng)作物生長，而且對人體健康造成嚴重危害。為了減少汽車尾氣的排放量、改善大氣環(huán)境，近年來國家大力發(fā)展新能源汽車，新能源汽車采用非常規(guī)的車用燃料作為汽車動力來源，并綜合車輛的動力控制和驅(qū)動設(shè)置，形成新結(jié)構(gòu)的汽車。它具有環(huán)保性、經(jīng)濟性等特點。但是當(dāng)前我國的新能源汽車生產(chǎn)制造技術(shù)與美國、日本、德國等發(fā)達國家還有一定的差距。因此，分析新能源汽車全塑車身設(shè)計及制造技術(shù)對我國汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 新能源汽車車身結(jié)構(gòu)

本文新能源汽車使用非承載式車身骨架結(jié)構(gòu)，車身由工程塑料通過滾塑工藝一次成型加工制造而成，汽車零配件集成在汽車骨架上，骨架按照拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足汽車功能要求的同時也能確保電池組等零配件的安全。圖1為新能源汽車結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的汽車在正面碰撞過程中，前縱梁會出現(xiàn)潰縮變形吸收汽車大部分的碰撞能量，碰撞結(jié)束以后，汽車前保險杠會出現(xiàn)嚴重的收縮變形。而新能源汽車的動力源主要分布在引擎蓋和后車架上，如果其采用傳統(tǒng)的吸收能量方式，那么會破壞前面的電池組。因此，對新能源汽車的前縱梁提出更高的要求，前縱梁必須具備一定的剛度，從而確保汽車在正碰過程中發(fā)生位移小，不會因為擠壓影響到前組電池。所以，通過正面碰撞仿真軟件分析非承載式全塑車身結(jié)構(gòu)吸收能量的能力，這對車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性和耐久性具有重要意義。

2 全塑車身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計

全塑車身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計通過計算機輔助設(shè)計、計算機輔助功能、計算機輔助制造一體化技術(shù)將離散拓撲結(jié)構(gòu)和汽車的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，并利用有限元分析技術(shù)對汽車車身結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝和制造工藝進行分析，從而實現(xiàn)對汽車結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化布局。由于所選擇的對象是高分子材料全塑車身，所以整個車子的設(shè)計不采用傳統(tǒng)的拼接和焊接方式，而是使用旋塑成型工藝，這種工藝可以加工復(fù)雜曲面的塑料產(chǎn)品，滿足汽車車身外觀線條流暢和曲面圓滑的要求。圖2為全塑車身整體一次成型結(jié)構(gòu)。

在滿足汽車結(jié)構(gòu)性能要求下，全塑車身輕量化設(shè)計還要盡可能實現(xiàn)汽車整體車身薄壁化、小型化、復(fù)合化、中空化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀，從而達到整體車身輕量化的要求。

2.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

新能源汽車的主要目的為節(jié)能減排，所以減輕車身結(jié)構(gòu)的重量從而降低燃料的消耗是設(shè)計的關(guān)鍵與重點。由于新能源汽車的電池組合和儲氫罐等設(shè)備本身比較重，所以新能源汽車實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化要比普通的汽車難度更高，同時還要滿足結(jié)構(gòu)本身的強度和汽車性能要求。新能源汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)、零件斷面以及鋼板厚度性能的靈敏度。

零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式為通過降低鋼板厚度或者在關(guān)鍵部位增加材料強度，從而達到增強結(jié)構(gòu)強度和硬度的要求;優(yōu)化零件斷面是為了確保斷面慣性矩和斷面面積的平衡，通過優(yōu)化讓零件結(jié)構(gòu)最小斷面達到最大慣性矩，從而提高汽車車身結(jié)構(gòu)剛度、減輕車身重量。

鋼板厚度性能靈敏度優(yōu)化則是根據(jù)車身各個零件的鋼材厚度建立數(shù)學(xué)模型，在確保車身結(jié)構(gòu)剛度、模態(tài)、耐撞性等情況下，通過拓撲運算，分析這些零件鋼材厚度的變量對汽車結(jié)構(gòu)綜合性能的影響，從而提高敏感零件的鋼板厚度，降低其他部分不靈敏鋼材的厚度，達到降低車身總質(zhì)量的目的。

2.2.汽車車身材料的選擇

汽車車身材料直接影響到車身輕量化目標(biāo)的最終實現(xiàn)，所以要合理選擇車身材料。主要從兩個方面進行考慮。第一，提高高強度鋼板的比例，這樣能提高車身碰撞性能和耐久性能。目前，國際上新能源汽車的車型屈服強度在550MPa以上的高強度鋼板占整個車身材料的30% 以上。

車分碰撞路徑如A 柱、B 柱等部位可以采用熱成型工藝，進一步提高零件的屈服強度。第二，用輕質(zhì)車身材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材材料。比較常見的輕質(zhì)材料有玻璃纖維復(fù)合材料、塑料、鋁合金等，將這些材料應(yīng)用在車身外覆蓋件和部分非碰撞的骨架以及面板零件，但是這些輕質(zhì)材料價格比較貴，目前主要應(yīng)用在一些比較高端的汽車車身。

2.3.優(yōu)化制造工藝

傳統(tǒng)的汽車車身制造一般使用沖壓工藝，由于汽車車身結(jié)構(gòu)的零件比較多，焊接比較復(fù)雜，操作不當(dāng)就會影響到制造質(zhì)量，所以逐漸被型鋼件、鑄造件以及輕質(zhì)金屬鋁合金材料取代。這些材料不僅能實現(xiàn)車身的輕量化，而且確保了汽車的安全性和耐久性。

2.4.優(yōu)化汽車空氣動力學(xué)

高速公路的快速發(fā)展，極大滿足汽車快速行駛的要求，新能源汽車在設(shè)計的時候也要滿足汽車動力要求。汽車在高速行駛過程中，空氣阻力對汽車的行駛速度造成一定的影響，并增加汽車的耗能。因此，新能源汽車在設(shè)計過程中，必須減少空氣對汽車行駛造成的影響。隨著汽車空氣動力學(xué)理論的發(fā)展和汽車制造業(yè)的進步，計算機模擬技術(shù)和風(fēng)洞實測技術(shù)為汽車低風(fēng)阻的設(shè)計研發(fā)提供了有力的支持。日本的豐田汽車在這方面進行了有效的探索。圖3為豐田普銳斯汽車。

豐田公司生產(chǎn)的普銳斯，該款汽車車身比普通的汽車車身光滑，車頭設(shè)計比較簡潔，整體的簡潔化設(shè)計有利于減少空氣阻力的影響。普銳斯車身A 柱、C 柱車身角度和車頭與車尾的角度保持一致，所以將三者有效融合為一個整體，整體改善空氣氣流的分布。通過優(yōu)化空氣動力學(xué)，豐田的普銳斯風(fēng)阻系數(shù)降低到0.25，而普通汽車的風(fēng)阻悉數(shù)為0.3 ～ 0.5，所以在行駛速度方面更具有優(yōu)勢。汽車外形的簡潔化和一體化不僅能優(yōu)化汽車空氣動能，而且能讓車子外觀更加簡潔流暢，將成為未來新能源汽車車身設(shè)計的發(fā)展方向。

3 結(jié)語

新能源汽車是未來汽車發(fā)展方向，輕量化技術(shù)是汽車節(jié)能、減少污染的關(guān)鍵技術(shù)。通過輕量化技術(shù)優(yōu)化汽車車身結(jié)構(gòu)和布局，減低汽車的排放量和能源消耗，從而達到節(jié)能環(huán)保的要求。但是由于我國新能源汽車起步比較晚，相關(guān)技術(shù)還不是很完善，所以在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局方面要積極學(xué)習(xí)西方國家設(shè)計經(jīng)驗，從而促進我國新能源汽車進一步發(fā)展。