纯电动专用车底板设计

唐继光，李鹏飞，昌 宇，吴耀燕

（柳州延龙汽车有限公司，广西 柳州545006）

0 引言

专用车底板主要起承重、支撑及连接底盘作用，对其安全可靠性和耐腐性和环保性及轻量化要求较高，而我国又把新能源汽车作为汽车产业发展的方向，以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向，这就对以非常规燃料为动力的纯电动专用车轻量化设计提出了更高要求。

1 专用车底板工艺现状

我国专用车多数是利用原出厂货车底板进行改装而成，而传统专用车底板均采用传统制造工艺，通过对Q235冷板下料、冲压、拼焊、涂装工序制造而成。其质量重，制造工序繁琐复杂，单台生产制造需要工时长，对生产、保护设备要求高，投资资金需求大，产品在投入使用后防腐能力一般，在环境较为恶劣情况下易生锈，产品报废后无法保证绿色回收，回收价值及利用率低。

2 总体设计思路

目前我国新能源专用车绝大多数采用纯电动技术路线，通过以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。由于车辆车载电源容量有限，为了在容量、驱动及控制系统相同的情况下设计出续驶里程高的纯电动车，在保证产品安全可靠性的前提下，车辆轻量化设计就尤为重要。底板总成作为专用车整车一部分，在设计专用车底板时需考虑以下因素：

（1）应较传统底板轻量化，且满足整车设计的最大装载质量；

（2）应能在此底板总成基础上开发多种专用车型；

（3）能与纯电动货车二类底盘安全可靠连接；

（4）防腐性好，可绿色回收，回收价值高；

（5）底板生产工序、工艺简单，性价比高。

考虑以上因素，结合市场常用汽车材料及新型材料，主要以Q235冷轧钢板、不锈钢板、铝合金、碳纤维为主，其中冷轧钢板和不锈钢均为传统底板主要材料，强度好但质量重；碳纤维材料主要用于车身等部位，其特点质量轻，但成本高，性价格比低；而铝合金却优势较为明显，在底板生产过程中可以省去冲压、拼焊及涂装，同时也具备重量轻、制造简单、防腐强、环保、燃烧困难、回收价值高等特点。因此在设计专用车底板时以铝合金作为主要材料，铆接工艺取代传统焊接。

以最大装载质量1.25T的纯电动专用车LZL5030纯电动桶装垃圾运输车为例。

3 结构设计

车型LZL5030纯电动桶装垃圾运输车底板总长2 750 mm，宽1 510 mm，采用屈服强度σ=145 MPa的6063-T5铝合金材料，最大装载质量1.25T。底板总成尺寸简图如图1所示，其中最大横向跨度为510 mm，纵向跨度尺寸为900 mm，因此，纵向跨度受力最大，只要底板总成纵向跨度为900 mm外强度与刚度不超极限范围，许可挠跨比小于0.004，底板总成就可以满足车辆载重要求。

图1 底板总成尺寸简图（mm)

3.1 面板

专用车底板面板是支撑货物的平台，底板总成核心部件，确保货物装卸方便尤为重要，要求平面平整及防滑，同时也要保证平面具有承载货物的强度及方便卫生清理。

为确保强度符合设计要求的同时，还能控制自身重量，此面板依据工字钢设计原理，将顶部平板面设计成由2 mm厚的若干个小梯形组成，底部设计成12 mm厚工字型，间隔50 mm（面板横截面结构如图2所示）。这种设计方式，既保证了产品生产的工艺性，同时平面防滑及平面强度也得到了有效的提高，而且还节约了材料。

图2 底板面板结构图（mm）

面板宽度分200～300 mm不同规格，不同的组合不仅能有效的满足客户对不同车型不同宽度的面板需求，而且还增强了产品的市场竞争能力。为后续本公司对各种改进和拓展车型提供了设计空间和设计思路，大大降低和缩减了后续车型的设计时间以及设计成本。

3.2 横梁

专用车底板横梁是对面板加强，起与底盘连接作用。

采用了宽42 mm，高28 mm，厚度2.5 mm的U型翻边设计，保证了与底盘连接面有效接触，同时也确保了与面板接触面积，方便安装螺母预埋放置。横梁长度根据不同车型有所差异，横梁横截面结构如图3所示。

图3 底板横梁截面图（mm）

3.3 边梁

专用车底板边梁起连接面板、横梁和车厢边板作用，使整个车厢形成一体。

为使边梁能有效连接，还要确保连接安装的可靠性，设计采用了3.5 mm厚的己字型设计，上连接开口和侧连接开口宽度均为30.5 mm，保证连接同时也为总装铆接留下了空间，也为改装厢式运输车、仓栅车、桶装垃圾运输车等专用车上装结构预留连接空间。边梁横截面结构如图4所示。

图4 底板边梁结构图（mm）

3.4 底板总成拼装

底板总成总长2 750 mm，宽1 510 mm，左右底板边梁对称布置，面板总成根据客户需求，采用不同规格的面板拼接而成。最终，底板边梁与面板、横梁通过直径10 mm子母铆钉进行连接，而面板和横梁则通过直径8 mm子母铆钉进行加强及防振动连接。横梁起到了连接整个底板作用，底板总成剖面图如图5所示。

图5 底板总成剖面图（mm）

4 设计校核及应用

底板总成总长2 750 mm，宽1 510 mm，采用6063-T5铝合金材料。而面板为整个底板总成的核心部件，承载着整车货物重量，强度刚度要求最高，所以重点校核铝合金型材面板的抗弯强度以及刚度是否符合载重要求。

如图1所示，底板总成采用多块铝合金面板拼搭而成，取体积最小宽200 mm，跨度最大L=900 mm作为主要计算对象，每块面板平均载荷约317 kg，而附加在长度L=900铝合金型材的集中载荷为约57 kg。

经查《机械手册》相关资料得：

弹性模量：E=70 000 N/mm2

面板惯性矩：Ix=44 608.021 mm4，横梁惯性矩：Ix=19 052.114 9 mm4，抗弯截面系数：Wxmax=4 460.8 mm3

屈服强度：σ=145 MPa；P=57*9.8=558.6 N

强度条件：σmax[1]＝ Mmax/Wxmax≤ σ/1.5，其中弯矩Mmax＝PL/4=57*9.8*0.9/4=125.685 N/m

刚度条件：fmax/L≤ f/L=1/250，其中fmax[1]＝P L3/（48E·Ix）=2.72 mm

经计算：σmax=28.17≤96.7 MPa，强度满足要求。

fmax/L=0.003＜0.004，刚度满足要求。

由以上计算分析，车型面板是完全满足设计要求强度和刚度的。因此底盘总成强度和刚度也是满足设计承载要求的。且此款底板已应用到纯电动桶装垃圾车和纯电动厢式运输车上，成功服务于环卫事业和物流行业。如图6、图7所示。

图6 纯电动厢式运输车

图7 纯电动桶装垃圾运输车

5 结束语

本文采用铝合金材料对最大装载质量1.25T的纯电动专用车底板总成进行了设计，特别是对面板外形结构的设计，相比相同规格的采用Q235冷轧钢板生产的底板，采用铝合金材料生产的底板在工艺上有了明显优势：

（1）在整个生产工序过程中，底板总成生产只有下料、拼装、铆接工序，省去了传统底板生产所需的冲压、焊接、打磨、电泳、喷涂等工序，不仅节约了生产时间；

（2）降低了制造成本，减少了传统生产所需的固定资产的投资，如冲压设备、涂装生产线、拼焊接生产线等。

（3）提高了防锈能力，而且也实现了绿色生产，回收价值高。

（4）减轻了质量，提高纯电动专用车续驶里程。

（5）在专用车改装上，可以满足厢式运输车、桶装垃圾运输车、仓栅车、清洗车等车型开发，增强了底板对多种车型开发的适应性。

由于铝合金成本较传统材料Q235冷轧钢板成本高，因此今后我们也会在性价比上作深入研究，开发出性价比高，让大众市场都可以接受的产品。