新能源客车轻量化设计与铝车身应用课件.pptx

1、技术领先 客户至上 一、公司简介一、公司简介 二、研发能力二、研发能力 三、三、轻量化设计轻量化设计 四、电池系统轻量化四、电池系统轻量化 五、铝车身应用五、铝车身应用技术领先 客户至上 四川省客车制造有限责任公司（原四川省客车厂），具有八十余年的客车制造历史。公司产品品牌为“峨嵋”牌，在国内享有较高的知名度。公司集汽车研发、制造、销售及服务为一体。产品涵盖传统能源汽车、新能源客车、新能源物流车，其中城市客车618米全覆盖，现有公告产品20余款，能满足不同客户、不同地区需求。技术领先 客户至上 公司以技术工艺先进、质量可靠、性价比高、造型新颖获得了广大客户对“峨嵋”牌客车产品的信赖与一致认可。

2、为响应国家新能源汽车政策，进一步发展新能源汽车产业，2016年8月四川绿能力合新能源汽车有限公司通过收购股权的方式重组四川省客车制造有限责任公司。并在沙渠工业园投资37亿元修建一个占地2000亩，包括新能源大中型客车、轻型客车、乘用车研发生产基地及配套零部件产业园。技术领先 客户至上 公司拥有50多人的专业汽车研发团队，全部为本科及以上学历，其中具有中、高级职称人员达80%以上，设置有车身、底盘、电气、内饰、CAE分析、造型、整车控制系统等专业研究室，新能源汽车实验室。合作科研院所有：同济大学、西南交通大学、上燃动力及苏州奥杰。技术领先 客户至上 减轻客车自身质量是降低生产成本和产品能耗的有效

3、措施之一，而车身骨架的质量占整车质量的比例大（占整备质量的30%左右），车身骨架轻量化设计对减轻汽车质量具有非常重要的作用。我公司采用Altair公司的 HyperWorks 软件进行建模分析，首先对车身骨架建立有限元模型，再对车身骨架结构进行刚强度及模态分析计算，对一些强度、刚度影响小的构件，直接进行改进，而一些重要构件则通过正交计算，进行不同工况水平下的多次计算，从中寻求轻量化设计方案。计算结果表明，这种方法切实可行，具有明显效果，为大客车的车身骨架提出一个切实可行的轻量化改进方法。现以EM6120BEVG纯电动城市客车为例，对车身骨架的CAE分析（轻量化设计）如下：技术领先 客户至上1.

4、1.材料基本参数材料基本参数技术领先 客户至上本车车身骨架主要采用Q345低合金结构钢，其力学性能参数如表1-1所示。2.2.有限元模型建立有限元模型建立 2.1 2.1 有限元模型有限元模型技术领先 客户至上 2.2 2.2 载荷处理载荷处理 客车主要部件质量分布情况如表2-1所示：技术领先 客户至上 2.3 2.3 工况设置工况设置 参考 GB/T 6792客车车身骨架应力、变形测量方法，设置四种工况：弯曲、扭转、紧急制动及紧急转弯工况。车辆在行驶中由于路面的不平整，对车身会产生一定的冲击载荷，静态分析时通常需考虑动载系数，一般在 1.52.5 之间。1 1）弯曲工况）弯曲工况 弯曲工况计

5、算主要是对客车满载状态下，对四轮着地时的结构强度和刚度进行校核。计算时动载荷系数取2.5。2 2）扭转工况）扭转工况 扭转工况计算主要是客车在满载状态下，对单个车轮悬空或抬高状态时的结构强度和刚度进行校核。计算时动载荷系数取1.5。技术领先 客户至上 2.3 2.3 工况设置工况设置 3 3）紧急制动工况）紧急制动工况 紧急制动工况计算主要考虑客车满载状态下以最大制动加速度0.7g制动时，制动力对车身骨架的影响。动载荷系数取1.5。4 4）紧急转弯工况）紧急转弯工况 紧急转弯工况计算主要考虑客车满载状态下以最大转弯加速度0.4g转弯时，侧向惯性力对车身骨架的影响。动载荷系数取1.5。技术领先

6、客户至上技术领先 客户至上3.3.刚强度分析刚强度分析 本项目利用有限元计算分析，寻求车身结构合理布置，在满足使用材料强度要求的同时实现整车减重，并有效提高结构的刚度值。3.1 3.1 模态模态 车身结构模态能反映车身的振动特征、整体和局部刚度。通过车身结构模态分析获得合理的车身模态特性参数，对控制客车振动和噪音、提高乘坐舒适性十分重要。对车身骨架模型进行自由模态计算，其主要结果如表3-1所示，该客车的低阶频率集中在6.8520.02Hz之间，对比国内其他城市客车资料，该车模态性能较为理想。技术领先 客户至上 3.2 3.2 刚度刚度 3.2.1 3.2.1 刚度计算刚度计算 1 1）弯曲刚度

7、）弯曲刚度 当车身上作用有对称垂直载荷时，结构处于弯曲工况，其整体的弯曲刚度由车身底架的最大垂直挠度来评价。经简化，车身结构的整体弯曲刚度EI的值计算公式如下:EI=Fbx(L-b-x)/6Ly （1）技术领先 客户至上 式（1）中，F为集中载荷、L为轴距、是指刚度值选取位置点到A端的距离、a是支点到加载点的距离、y为挠度值。其中：F=1104 N，L=6.1m，a=3.3m，b=2.8m。表3-2为各断面的弯曲刚度值，最终平均整体弯曲刚度 EI=1.5910 7 Nm。=1.59e7 （2）技术领先 客户至上 2 2）扭转刚度）扭转刚度 当车身上作用有反对称垂直载荷时，结构处于扭转工况，左右

8、载荷不等，将使车身产生扭转变形。扭转刚度可以作为判断这个变形程度的值，计算公式扭转刚度值GI用来表征车身在凹凸不平路面上抵抗斜对称扭转变形的能力。（3）其中，T为扭矩，为轴间相对扭角。在前车架的两个承载点（左侧节点1和右侧节点2）处分别施加 Z 向和-Z方向 1103 N 的集中力，并计算得出两个前悬置点的位移：1=0.571mm，2=-0.390mm所以前轴上的扭矩为：（4）技术领先 客户至上 其中：1,2 分别为前车架左右两侧承载节点的集中力，L为前桥左右弹簧悬置点的距离1.259m。前轴的扭转角为：因后轴的扭转角约为 0，所以整车的扭转角 整体的扭转刚度为：（5）技术领先 客户至上 3.

9、2.2 3.2.2 开口变形开口变形 开口变形是评价车身刚度的另一个重要指标，开口变形过大会影响到车身的密封性，严重时会造成车门卡死、玻璃破碎、漏雨、渗水及内饰脱落等问题。下表3-3为各种工况下的开口变形量，具体分析如下：1）弯曲工况下，最大的开口变形在中门位置，变形最大值为4.91mm；2）扭转工况下，最大的开口变形在右风窗3，变形最大值为4.89mm；3）紧急制动工况下，最大的开口变形在中门，变形最大值为4.26mm；4）紧急转弯工况下，最大的开口变形在中门，变形最大值为4.63mm；可见各种工况下的开口变形量都小于5mm，均满足一般整车条件下大客车开口变形量不超过5mm要求。技术领先 客

10、户至上技术领先 客户至上3.3 3.3 骨架强度骨架强度 表3-4为各工况下的整车应力情况。技术领先 客户至上 从整车的强度分析结果显示，结构最大应力均低于所用材料的屈服强度，结构安全。4.4.整车刚强度对比整车刚强度对比 1 1）模态分析。）模态分析。修改后各阶频率变化不大，整车动刚度基本保持均衡。技术领先 客户至上2 2）强度分析对比。）强度分析对比。修改后各工况最大应力值均有明显的下降，车身结构布置更加合理。技术领先 客户至上3 3）整车性能。）整车性能。修改后的整车刚度有显著的改善，弯曲刚度增加 39.0%，质量相比原结构下降 17.2%。5.5.总结总结 利用报告中论述的方法对整车骨

11、架进行优化，得出如下的结论:1 1）强度）强度 各工况下，整车骨架的最大应力均有大幅度下降，应力均布更加合理，关键区域应力集中得到明显的改善。2 2）刚度）刚度 各工况下，门窗开口变形值均在可接受范围内。整车在保证较高的扭转刚度水平基础上，弯曲刚度提高39.0%，且骨架质量降低约432kg。技术领先 客户至上 电池系统的质量占客车整备质量的1520%，电池系统的轻量化对整车减重有着至关紧要的作用，而电池系统减重的关键在于提高电池系统的能量密度。我公司新能源客车采用的电池是由我集团子公司四川绿鑫电源科技有限公司生产的磷酸铁锂电池，该公司主要通过以下几个方面提高电池的能量密度达到减轻电池质量的目的

12、。技术领先 客户至上 1）电芯轻量化：在保证电芯安全性的前提下，通过提高电芯能量密度，达到减重效果。我公司电芯能量密度达到240 Whkg以上，而客车行业电芯能量密度一般在175185Whkg之间。2）箱体轻量化：目前大部分采用的材料是高强度的钢、轻金属等。我公司采AMM复合材料，这种材料相对铝铸件、钣金件的优势比较明显。在满足同等强度要求下，AMM材料的密度要比金属轻。在满足强度前提下，比铸铝降低重量22%，比钢材降低重量64%。AMM导热性又要比铝铸件、钣金件强一些，便于电池系统散热。技术领先 客户至上 3）结构件轻量化：比如支架、框架、端板等也可以通过材料改进实现轻量化。我公司采用PPO

13、材料，而其他电池厂目前采用比较多的还是PC/ABS这样的材料。PPO、PC/ABS、PA的密度分别为1.08、1.2、1.58 g/cm3，那么在满足性能前提下，采用PPO材料能比PC/ABS降低重量10%，比PA降低重量32%。4）另外在导热垫片这样的小零部件上，替换成导热胶也可以实现一些重量的减轻，同时导热性能得到加强，将电芯的热失控概率降低，整个电池系统的安全性得到加强。技术领先 客户至上 绿鑫科技通过以上技术使电池系统的能量密度能达到200Whkg以上，而客车行业动力电池系统能量密度多集中在140150Whkg之间，可见绿鑫科技比同行业电池厂相同电量的电池减重25%以上，以我公司生产的

14、8.5米纯电公交为例（带电量172.8kWh），采用绿鑫科技的电池比采用其他公司的电池轻重288kg（减重达25%以上）。技术领先 客户至上 随着我国新能源客车的发展，客车轻量化的需求变得更加迫切。车身作为整车质量的重头，成为客车轻量化的突破口，以全铝车身为代表的新材料、新工艺的运用，成为客车企业轻量化之路的首选。我公司推出了EM6850CBEV全铝车身纯电动客车，由苏州奥杰汽车技术股份有限公司提供技术支持；美铝（美国）投资有限公司提供铝型材、铝板及铆接件等材料；爱普车辆（中国）中国有限公司承制。本次试制的产品为8.5米纯电动城市客车，采用全铝车身骨架焊接加铆接工艺，外蒙皮采用铝蒙皮涨拉工艺，

15、封板采用铝板粘结工艺，大大降低了客车自身重量。和相同结构的纯钢车身相比有以下优势：技术领先 客户至上 1）轻量化方面：车身结构运用有效的设计、CAE分析和优化，保证刚度基本不变，实现整车轻量化40%以上，减重800Kg以上，从而降低能耗，获得可观经济性。2）安全性方面：极大提升碰撞安全性，当车辆发生翻滚或碰撞时，变形吸能效果好，能更好保证乘客的安全空间，有效提升安全性能。3）耐用性方面：铝合金有着出色的耐腐蚀性，全铝车身比钢车身有着更高的耐用性，大大减少后续使用中在车身养护上的投入。可见客车全铝车身技术上有了重大突破，在经济性、安全性和耐腐蚀性方面优势明显。目前，该款车已经小批量投入市场运行，深受公交企业和市民的好评。技术领先 客户至上技术领先 客户至上