一种新能源商用车车架布置结构

张博　王曼曼　文振　赵帅宇　王勇

摘 要：为应对新能源商用车平台化设计趋势，采用变截面鱼腹高强钢纵梁结构，进行CATIA三维设计及整车布置，CAE有限元模态及强度分析。可满足BEV、HEV、PHEV、FCEV等新能源技术路线整车平台化布置需求，轻量化效果明显，装配便捷。关键词：新能源汽车;车架设计;轻量化中图分类号：U469.7  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）11-24-03

Abstract： In order to meet the development trend of new energy truck platform design， the variable section fish belly high strength steel longitudinal beam structure is adopted， CATIA three-dimensional design and vehicle layout， CAE finite element modal and strength analysis. To meet BEV， HEV， PHEV， FCEV and other new energy technology line vehicle platform layout needs， The light weight effect is obvious， the assembly is convenient.Keywords： New Energy Vehicle; Frame design; Lightweight; KeywordsCLC NO.： U469.7  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-24-03

前言

新能源商用车轻卡物流车主要运用于城市内物流、快递、商场超市运输，和常规燃油车布置结构及受力复杂度有较大差异，车辆动态的扭转、弯曲、震动等复杂情况交织。最终车架作为整车受力及布置载体，其性能决定了整车的布置结构、动力性能、经济性能及平台化设计程度。该车架布置结构满足了新能源商用车轻卡物流车的动力模块、储能模块、车身系统等主要零部件的布置方式及布置位置。可满足车辆平台化、轻量化设计、零部件“通用化、系列化、模块化”设计。整车装配的方便性，车辆轴荷分配、碰撞安全性、整车操纵稳定性和制动性能等较合理。

1 车架结构形式

本新能源商用车车架布置结构设计方案便于整车平台化设计，轻量化，布置合理，便于整车及零部件“三化”设计，装配方便。参照商用车轻卡整车参数需求设计，车辆参数如表1：

车架总长为轴距1.72倍，车架纵梁、横梁等优选截面C型结构，车架主体采用轻量化高强钢变截面鱼腹纵梁，可使车身系统重心降低，可满足新能源商用车多种技术路线整车布置。车架孔位标准系列化，为与车架连接电动化部件安装支架标准化设计提供支持。各电气化部件均安装在系列化支架上，装配方便，且电动化部件及电动化部件安装支架依次排布在车架主体上。因车架合理的模块化结构，各部件布置合理，对整车轴荷影响小，纵梁结构如图1所示：

车架纵梁材质采用700L高强钢，变截面鱼腹纵梁结构，纵梁前悬段进行降重心结构设计，可是车身重心降低，纵梁中部采用模块化标准孔位设计，可满足不同大小动力电池模块、燃油箱、动力总成等的系列化布置。第一、五、六横梁采用510L热轧钢，直通C型槽梁结构，与纵梁通过C型连接板连接，第二、七横梁采用轻量化无连接板形式C型梁，第三、四横梁采用上下片梁结构，上片为510L模具冲压件结构，下片采用分体式折弯设计，力学结构合理，可满足车架内侧驱动电机、EMT自动变速箱、PS混动动力总成及车架外侧动力电池模块、油箱模块等空间布置及力学结构需求，第二、三横梁间空间可布置高压控制模块、PDU模块、混动发动机等总成，经验证搭载不同新能源技术路线模块整车强度、刚度、模态等性能良好。车架附件以球墨铸铁件为主，主要包括前牵引销、后脱钩、板簧吊耳、副托架等，结构设计通用化强。车架结构如图2所示，车架参数如表2所示。

2 相关总成布置

本车架及整车布置全程在CATIA V5 R22软甲中搭载，车架布置结构包括车架主体、动力模块、新能源储能系统、电动化部件安装支架、高压配电及电控系统，其中，所述车架主体可满足BEV、HEV、PHEV、FCEV等新能源技术路线整车产品布置需求、所述动力模块、新能源储能系统、高压配电及电控系统均安装在所述电动化部件安装支架上、所述电动化部件安装支架依次排布在所述车架主体上。

所述动力模块包括BEV技术路线的驱动电机、减速变速机构，HEV技术路线的发动机、电机、减速变速机构，PHEV技术路线的发动机、发电机、驱动电机、减速变速机构，FCEV技术路线的氢燃料发动机、驱动电机、减速变速机构，所述动力模块安装于所述车架主体的两纵梁之间。

所述新能源储能系统依据不同技术路线产品需求，包括动力电池系统、储氢系统，包括左侧模块、右侧模块，所述左侧模块、右侧模块分别安装于所述车架主体的两纵梁的外侧，且左侧模块、右侧模块对称设置。

所述新能源储能系统左侧模块、右侧模块以及所述动力模块的重心之间连线呈等腰三角形对称布置。

所述高压配电及电控系统安装在所述电动化部件安装支架远离车架的一侧上，有助于整车防护等级、NVH及EMC设计。各技术路线车架布置结构如图3、图4、图5所示：

3 模型计算结果

横纵梁选型在汽车行业及相关车辆实际运行数据基础上进行优化，主要通过三维建模软CATIA和有限元分析软件ANSYS软件对车架进行建模分析，通过稳态图对0-100Hz 内的模态进行识别，共有10阶模态，具体的模态频率和振型如表3。

从上表中CAE仿真测试结果可以看出，该车架总成前三介模态频率分别为：一阶扭转模态频率为7.056Hz，Y向弯曲模态频率为24.440Hz，Z向一阶弯曲模态频率为26.425Hz，在城市路况下，各项安全系数在1.3以上，设计数据合理。

4 結论

车架总成是新能源商用车轻卡的关键力学部件，是整车的骨架，在新能源商用车整车轻量化的行业趋势下，整车平

台化设计、使用性能、结构需求及轻量化，是我们关注的重点，也是技术突破点，车架设计过程中考虑整车平台化设计对车架整体设计要求较高。该车架设计轻量化设计合理，结合新能源商用车不同技术路线整车方案设计，较高素质的完成了车架设计指标。

参考文献

[1] 田海洲.刘卫芬.张建盟.俞东海.自卸汽车车架设计[J].汽车实用技术.

[2] 于世森.赵东升.三轮汽车车架总布置及轻量化设计[J].科学论坛.

[3] 刘惟信.汽车设计手册[Z].清华大学出版社.2001年7月第1版.