新能源纯电动汽车前舱设计的研究

季 恺

（泰州机电高等职业技术学校，江苏 泰州 225300）

0 前言

目前，纯电动汽车基本上以轻巧类型为主，其续航里程能够达到400 km 以上。同时此种类型的汽车的结构十分紧凑，应用了许多新材料、新结构、新工艺，在一定程度上满足了消费者的个性化需求。为了提高设计水平与效果，在具体设计中，需要重视前舱设计工作，还需要梳理具体流程、明确设计指标，并对设计成果进行仿真测试，以满足前舱设计工作要求。

1 新能源纯电动汽车前舱设计的流程

在进行设计之前，应该了解纯电动汽车在使用期间存在的问题，从而吸取经验、教训，为设计工作提供参考。在设计时，还需要保证与设计相关的文件所有文件齐全，如ICD文件等，尽可能明确性能、间隙、公差、位置等设计前提要素。只有如此，才能够为纯电动汽车前舱的设计提供保证，避免出现设计隐患，然后确定前舱的最终结构，为后续的设计工作指引方向[1]。

2 新能源纯电动汽车前舱设计的指标

2.1 主大梁系统设计

电动汽车前纵梁的设计只需要满足既定的设计规范即可。而主大梁系统的设计，还需要考虑安装DC/DC 变换器、蓄电池、副车架、碳罐等设备。具体而言，DC/DC 变换器、蓄电池、碳罐的安装时需要提高其安装位置的灵活性，从而满足汽车运行的需求。而副车架的安装与摆臂、变速箱、电动机存在紧密的关系。其中，电动机的动刚度须高于 1 000 N/mm，而摆臂的动刚度则需要高于4 000 N/mm。安装蓄电池的过程中，其局部模态必须大于30 Hz，同时尽可能向后布置。该种设计方式，可以避免在碰撞时出现前梁严重变形的现象，吸收碰撞力，防止蓄电池爆炸。

2.2 前轮罩系统设计

前轮罩系统的设计，属于新能源纯电动汽车前舱设计的重点，通常不校核前轮罩系统的静刚度，但是要求其前悬安装位置的动刚度在4 000 N/mm 以上，且与前悬包络的间隙需大于15 mm，与轮胎包络的距离则为10 mm。在设计前轮罩的过程中，尽可能使用大厚度、高强度的钢材料，否则难以满足纯电动汽车需求。结合以往设计工作的经验可以发现，主大梁与轮罩之间的搭接位置很容易出现开裂的现象，因此在该设计环节中应该着重优化加强板的结构，增强前轮罩系统的安全性[2]。

2.3 水箱框架设计

纯电动汽车的水箱框架的设计环节中存在大量的水箱框架部件。但是，各个框架部件之间存在明显差异，相互之间的性能更是不尽相同。为了能够提高纯电动汽车前舱设计质量，并满足相关的要求、指标，在设计工作中可以运用加强板，在整个上弯梁中构成一个腔体结构。其中，纯电动汽车前舱水箱框架设计的重点有2 个。1） 发罩固定点的静刚度必须在600 N/mm 以上。2）需要安装在水箱框架上的零件的模态要大于30 Hz。

2.4 前围板总成

在纯电动汽车中，前围板属于迎风面，直接影响着车辆的NVH（即Noise 噪声、Vibration 振动、Harshness 声振粗糙度）。因此，在设计工作中，不仅需要注重纯电动汽车整体的扭转刚度，还必须满足汽车局部的模态。其中，局部模态不能过小，应该依据对标数据、性能要求等因素进行确定。在安装前围板的过程中，还需要重视真空助力器的安装。真空助力器的安装没有具体的标准，在安装真空助力器时，需要结合标车值确定其在加强板上的位置。其他零件的安装则需要确保模态高于30 Hz，尽可能大于40 Hz。

2.5 上安装板总成

对于纯电动汽车前舱的设计而言，上安装板应该具有良好的密闭性以及提高流水效果的顺畅性。同时，雨刮器、前大灯安装点的静刚度需要在300 N/mm 以上。除此之外，在具体的设计工作中，还应该对汽车的使用空间进行合理规划，以满足驾驶人的基本需求。另外还要对助力器制动液加注口、前大灯调焦口进行合理设计，要方便驾驶人加制动液和对大灯进行调焦。除此之外，在上安装板上还要设计出打码面。具体设计要求有2 个。1）采用图纸的方式对打码面的尺寸的进行标注，至少要保证其具有140 mm×38 mm 平面尺寸。2）VIN 码面应该没有拉伤、拉痕、起皱、冲击线等质量问题，以提高上安装板总成的质量。

2.6 焊点设计

在完成所有零部件的设计以后，需要对整体结构进行焊接，保证其稳定性。其中，对焊接点有6 个基本指标。1）前车架的前部焊点间距应该在40 mm～45 mm。2）前后地板之间的搭接长度需要在60 mm～70 mm。3）下车体散件主要包括门槛、护板等，其与地板之间的搭接长度需要在60 mm 以上。4）侧围、顶盖的总成搭接需要确保长度在50 mm～60 mm，同时必须增强A、B、C、D 柱开关键之间搭接的紧密性。5）门框圆角位置属于焊接的关键位置，应确保焊点的长度在30 mm～40 mm，由于B、C 上下角位置容易开裂，因此需要延长焊点的长度。6）下车体、上车体之间的搭接长度应该在50 mm～60 mm。

3 新能源纯电动汽车前舱设计的仿真

3.1 仿真分析

初步完成纯电动汽车前舱的设计以后，还需要各个部门人员集中起来，共同分析其中可能存在的问题并进行解决。期间，可以采用计算机仿真分析的方式，分析各个零件的性能。如果发现不符合要求的部件，应该第一时间进行调整、优化，直到符合标准为止。经过仿真分析以后，可以结合最终结果提出针对性意见。例如电机悬置安装点处的动刚度需要略小于1 000 N/mm，前悬左摆臂、右摆臂的安装点，需要对160 Hz位置、125 Hz 位置的动刚度进行调整，略低于4 000 N/mm 即可。除此之外，在仿真分析的过程中，还应该对纯电动汽车前舱进行工艺检查、冲压检查、涂装检查以及冲压检查，全面掌握系统设计的情况。

3.2 仿真验证

完成设计的仿真以后，还需要进行3 项实践验证。1）造车验证。通常需要结合设计要求制作出全工装部件，并对不同配件的搭接效果进行验证，确保整车的工艺满足规定。2）拉力、碰撞试验。期间需要对纯电动汽车前舱的拉力性能、碰撞性能进行试验，必须保证最终结果符合国家要求。3）可靠性道路测试。在该次验证中，纯电动汽车运行了4 000 km，其中包括26 000 km 较差的路段。最终发现纯电动汽车的前舱没有出现失效、开裂的现象，因此其耐久性符合要求。

但是，结合以上的仿真验证发现，纯电动汽车前舱设计虽然总体满足要求，不过细节位置依然需要进一步改进。经过优化处理以后再次进行仿真，发现纯电动汽车的小问题得到有效改善，可以进入量产环节，为新能源纯电动汽车的发展、推广开辟了道路。

4 结语

综上所述，在对新能源纯电动汽车的前舱进行设计的过程中，必须结合具体需求设计工作路程。将其作为依据，明确不同环节、内容的设计指标，为确保设计效果奠定基础。完成设计工作以后，还需要积极做好仿真分析工作，便于明确其中存在的不足，并对其进行针对性调整，以强化汽车整体的性能。