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（华晨汽车工程研究院 沈阳市 110141 华晨汽车工程研究院 沈阳市 110141 华晨汽车工程研究院 沈阳市 110141）
摘要：随着汽车应用及能源的发展，混合电动汽车受到足够的关注。但由于电池质量较大，在碰撞过程中撞击能量大，因此在碰撞过程中保持车身的完整性和保护乘员的安全至关重要。本文着重阐述某款增程式电动车受力构件的设计思路，为增程式电动车的安全提供一定依据。
关键词：增程式电动车；电池；碰撞；受力构件
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-393-01
绪论
增程式电动车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统（APU）组成。由整车控制器完成运行控制策略。电池组可由地面充电桩或车载充电器充电，发动机可采用燃油型或燃气型。整车运行模式可根据需要工作于纯电动模式、增程模式或混合动力模式（HEV）。当工作于增程模式时，节油率随电池组容量增大无限接近纯电动汽车，是纯电动汽车的平稳过渡车型。在电动车中电池是重要的动力源，由于电池质量较大；随着对电池总容量的要求及所选型式的不同而不同，电池个数多，占的空间大，因此提高车身刚度和保护乘员安全至关重要。在车辆的碰撞模式中，如何保护乘员在撞击时的安全，乃是各车厂近年来重要的课题，由于车身的强度迁涉极广而必须考虑到车重及空间的问题，因此车辆乘员区无法做到像坦克车那么强，所以在种种的限制条件下，如何能发挥其最大强度，保护乘员成为车辆安全结构设计的重要课题，后面增加受力构件，基本上是一种结构力学原理在汽车车体结构上应用，后面撞击保护系统，主要功能是如何将撞击力分散到车身，以保护车身的完整性，其设计的原理是将乘员区设计成一刚体区，如此才能使车辆承受后面撞击时能将撞击力分散，保持车身的完整性才不会造成人员过大的伤害。而车身后部横梁，则是强化车辆后面的结构，提高后面撞击时的防撞抵抗力，提高整车刚度，并有效防止电池移动，保护乘员的安全。
1、 后面受力构件的设计
1.1我公司某款增程式电动车的电池放在后面备胎盆位置，因此碰撞过程中电池由于惯性向前冲击，因此受力构件布置在后座椅和电池之间。
1.2 此件需先与电池连接，然后再与车身连接。由于受装配顺序影响，只能采用螺接。
1.3 根据总布置和空间要求，确定后面横梁的断面，要形成空腔，增大整车的结构刚度和碰撞能力。
1.4 横梁由两个件焊接而成，为保证两部分之间连接牢固，在设计时应考虑仅在加强区域和搭接边处焊接，其它区域应留一定空挡，一般深度大约为3mm、宽度为为25～30 mm（宽度考虑焊接空间），尽量避免面与面大面接触，一方面增大加强功能，另一方面减少冲压制造误差带来的焊接困难。
2、CAE模拟分析
2.1 根据企业内部标准，利用Hypermesh 对部件进行网格划分，为了计算精确，网格大小为3mm，车身钣金件采用壳单元模拟，焊点和部分结构涂胶采用连接单元模拟，该模型有214454个节点，208000个单元。
2.2 分析输入条件
2.2.1 工况1：电池X向附于15倍的重力加速度（碰撞工况）
根据DC01抗拉强度为365Mpa，计算最大应力=327.5Mpa，小于材料的抗拉强度满足设计要求。
根据B220P2抗拉强度为490Mpa，计算最大应力为411MPa，小于的抗拉强度满足设计要求。
2.2.2 工况2：电池Z向附于4.5倍的重力加速度（坏路工况）
根据DC01抗拉强度为365Mpa，365Mpa*80%=292Mpa，计算最大应力=284Mpa，小于80%的抗拉强度，满足设计要求
根据B220P2抗拉强度为490Mpa，490Mpa*80%=392Mpa计算最大应力为312MPa，小于80%的抗拉强度，满足设计要求。
2.2.3在碰撞工况下，不同材质对应位移量如下表所示：
无横梁 有横梁
指标 DC01 t=1.5 B220P2 t=1.5
电池最大前移量 120mm 21.8mm 18.6mm
从上表中可以看出，在无横梁的情况下，电池前移量为120 mm，后排人员受到伤害。两种材质最大前移量不同，由于座椅与电池最小距离为20 mm，所以材质为B220P2满足要求，确定采用此材质制造该零件。
3、结论
本文通过对增程式电动车的碰撞受力构件的结构设计和虚拟仿真分析，为增程式电动车的碰撞设计开发提供一定依据，并得出以下结论：
1）根据整车布置和空间要求确定了受力构件的位置和断面尺寸。
2）完成了受力构件的开发工作，确定前后两部分的焊接形式。
3）通过模拟对比分析，證明此受力构件能有效防止后排人员在碰撞时不被伤害。此分析为评估，强度性能还需试验验证。
参考文献
[1] 赵云.电动汽车结构布置及设计[J].汽车电器.2006， 6：4-11
[2] 刘建平.鲁永健.XX车型电池安装点强度分析报告。华晨汽车工程研究院
[3] 华晨汽车工程研究院有限元建模规范.华晨汽车工程研究院
摘要：随着汽车应用及能源的发展，混合电动汽车受到足够的关注。但由于电池质量较大，在碰撞过程中撞击能量大，因此在碰撞过程中保持车身的完整性和保护乘员的安全至关重要。本文着重阐述某款增程式电动车受力构件的设计思路，为增程式电动车的安全提供一定依据。
关键词：增程式电动车；电池；碰撞；受力构件
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-393-01
绪论
增程式电动车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统（APU）组成。由整车控制器完成运行控制策略。电池组可由地面充电桩或车载充电器充电，发动机可采用燃油型或燃气型。整车运行模式可根据需要工作于纯电动模式、增程模式或混合动力模式（HEV）。当工作于增程模式时，节油率随电池组容量增大无限接近纯电动汽车，是纯电动汽车的平稳过渡车型。在电动车中电池是重要的动力源，由于电池质量较大；随着对电池总容量的要求及所选型式的不同而不同，电池个数多，占的空间大，因此提高车身刚度和保护乘员安全至关重要。在车辆的碰撞模式中，如何保护乘员在撞击时的安全，乃是各车厂近年来重要的课题，由于车身的强度迁涉极广而必须考虑到车重及空间的问题，因此车辆乘员区无法做到像坦克车那么强，所以在种种的限制条件下，如何能发挥其最大强度，保护乘员成为车辆安全结构设计的重要课题，后面增加受力构件，基本上是一种结构力学原理在汽车车体结构上应用，后面撞击保护系统，主要功能是如何将撞击力分散到车身，以保护车身的完整性，其设计的原理是将乘员区设计成一刚体区，如此才能使车辆承受后面撞击时能将撞击力分散，保持车身的完整性才不会造成人员过大的伤害。而车身后部横梁，则是强化车辆后面的结构，提高后面撞击时的防撞抵抗力，提高整车刚度，并有效防止电池移动，保护乘员的安全。
1、 后面受力构件的设计
1.1我公司某款增程式电动车的电池放在后面备胎盆位置，因此碰撞过程中电池由于惯性向前冲击，因此受力构件布置在后座椅和电池之间。
1.2 此件需先与电池连接，然后再与车身连接。由于受装配顺序影响，只能采用螺接。
1.3 根据总布置和空间要求，确定后面横梁的断面，要形成空腔，增大整车的结构刚度和碰撞能力。
1.4 横梁由两个件焊接而成，为保证两部分之间连接牢固，在设计时应考虑仅在加强区域和搭接边处焊接，其它区域应留一定空挡，一般深度大约为3mm、宽度为为25～30 mm（宽度考虑焊接空间），尽量避免面与面大面接触，一方面增大加强功能，另一方面减少冲压制造误差带来的焊接困难。
2、CAE模拟分析
2.1 根据企业内部标准，利用Hypermesh 对部件进行网格划分，为了计算精确，网格大小为3mm，车身钣金件采用壳单元模拟，焊点和部分结构涂胶采用连接单元模拟，该模型有214454个节点，208000个单元。
2.2 分析输入条件
2.2.1 工况1：电池X向附于15倍的重力加速度（碰撞工况）
根据DC01抗拉强度为365Mpa，计算最大应力=327.5Mpa，小于材料的抗拉强度满足设计要求。
根据B220P2抗拉强度为490Mpa，计算最大应力为411MPa，小于的抗拉强度满足设计要求。
2.2.2 工况2：电池Z向附于4.5倍的重力加速度（坏路工况）
根据DC01抗拉强度为365Mpa，365Mpa*80%=292Mpa，计算最大应力=284Mpa，小于80%的抗拉强度，满足设计要求
根据B220P2抗拉强度为490Mpa，490Mpa*80%=392Mpa计算最大应力为312MPa，小于80%的抗拉强度，满足设计要求。
2.2.3在碰撞工况下，不同材质对应位移量如下表所示：
无横梁 有横梁
指标 DC01 t=1.5 B220P2 t=1.5
电池最大前移量 120mm 21.8mm 18.6mm
从上表中可以看出，在无横梁的情况下，电池前移量为120 mm，后排人员受到伤害。两种材质最大前移量不同，由于座椅与电池最小距离为20 mm，所以材质为B220P2满足要求，确定采用此材质制造该零件。
3、结论
本文通过对增程式电动车的碰撞受力构件的结构设计和虚拟仿真分析，为增程式电动车的碰撞设计开发提供一定依据，并得出以下结论：
1）根据整车布置和空间要求确定了受力构件的位置和断面尺寸。
2）完成了受力构件的开发工作，确定前后两部分的焊接形式。
3）通过模拟对比分析，證明此受力构件能有效防止后排人员在碰撞时不被伤害。此分析为评估，强度性能还需试验验证。
参考文献
[1] 赵云.电动汽车结构布置及设计[J].汽车电器.2006， 6：4-11
[2] 刘建平.鲁永健.XX车型电池安装点强度分析报告。华晨汽车工程研究院
[3] 华晨汽车工程研究院有限元建模规范.华晨汽车工程研究院