【70】 第39卷 第11期
2017-11
收稿日期：2017-07-20
作者简介：任可美（1990 -），女，山东人，硕士研究生，研究方向为新能源电动汽车。纯电动城市客车底盘车架有限元分析及轻量化设计
Finite element analysis and lightweight design
of pure electric city bus chassis frame 任可美1，戴作强1，郑莉莉1，冷晓伟1，廖佩诗2
REN Ke-mei 1, DAI Zuo-qiang 1, ZHENG Li-li 1, LENG Xiao-wei 1, LIAO Pei-shi 2
（1.青岛大学 机电工程学院，动力集成及储能系统工程技术中心，青岛 266071；
2.青岛赛普克有限元科技发展有限公司，青岛 266071）
摘 要：资源短缺、环境恶化使新能源汽车成为人们关注焦点。纯电动城市客车车架的轻量化可以进一步减轻汽车重量，节约资源，增加车辆续驶里程，从而轻量化成为各大整车厂、高校以及研究所的研究热点。针对某12m纯电动城市客车的底盘车架，利用Solidworks软件进行三维建模，在SCDM软件中对模型进行抽取中面、简化模型等前处理工作，并利用有限元前处理软件Hypermesh以及Optistruct模块对底盘车架进行静力学分析以及参数优化。静力学分析结果显示，12m纯电动城市客车的底盘结构符合材料的静强度要求。基于静强度分析结果，对底盘结构进行参数优化的轻量化设计，结果表明，在保证客车各方面性能要求前提下，客车底盘结构可以减重9.55%。
关键词：城市客车车架；有限元；静力分析；优化设计；轻量化中图分类号：U469；U463.1 文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2017)11-0070-06
0 引言
随着世界自然资源的日益紧俏、人类生活环境的不断恶化以及环境恶化带给人们的各种反思，人们的环境保护意识愈来愈强。作为新能源汽车的主要发展目标，电动汽车以其零排放、节能效果好等优点尤其受到人们瞩目，更被喻为“21世纪的绿色环保汽车”[1]。汽车底盘作为汽车的主要承力件其结构强度与刚度是影响汽车行驶安全性的主要影响因素，而底盘车架的重量占整车重量的很大一部分。在满足汽车强度与刚度要求的基础上对汽车底盘车架进行轻量化设计是汽车轻量化的主要手段之一[2]。研究发现，汽车重量每减轻10%，消耗的能量就会减少6%～8%[3]而纯电动汽车的重量减轻可以增加车载电池的续航里程，提高汽车的转向灵活性，改善汽车的加速、制动等性能。本文对某纯电动城市客车进行静强度分析并结合静强度分析结果进行轻量化设计，轻量化效果明显，这对以后生产加工该车底盘车架具有指导意义。
汽车轻量化的研究一直备受关注，周亚平[4]等人利用I-DEAS 对东风11型内燃机车车身进行有限元分析，针对垂直工况对车体进行轻量化设计，车架质量减轻
10%；孟庆功等[5]利用ANSYS 对某低地板城市客车进行有限元分析，并根据分析结果对车架进行轻量化设计，车架质量减轻22%；扶原放等[6]引入可靠性理论对汽车车架进行优化设计；Shin J. K.等[7]利用ULSAB 设计理念结合拓扑优化、尺寸优化以及形貌优化等对汽车前车门内板进行结构优化，质量减轻8.72%；刘高军[8]利用Isight 集成SolidWorks 、ANSYS 对某客车进行几何参数化和有限元分析，结合动态峰值力对车身骨架轻量化分析，质量减轻8.84%；张丽霞等[9]基于VB 利用ANSYS 对某车架进行有限元分析与优化，车架质量减轻19%；王孟等[10]根据ANSYS 软件，利用ANSYS 语言APDL 与图形界面语言UIDL 编程，开发出车架轻量化设计系统，并对某车架进行轻量化分析，减重达55%。
本文利用有限元前处理软件Hypermesh 及Optistruct 模块，对某12m 纯电动城市客车各种工况[11]下的结构静强度进行分析，得到底盘结构在各种工况下的应力与位移云图，并根据静力计算结果进行参数化优化以达到轻量化目的。
1 12m 纯电动城市客车建模与简化
根据城市客车的二维图形在三维建模软件
万方数据