电动汽车底盘结构的设计与分析

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山东农业大学

毕 业 论 文

题目： 电动汽车底盘结构的设计与分析

院 部 机械与电子工程学院 专业班级 车辆工程二班 届 次 2014届 学生姓名 衣光亮 学 号 20100673 指导教师 玄冠涛

二零一四年六月十二日

装 订 线 ……………….……. …………. …………. ………

目录

摘要 (1)

Abstract.................................................... . (2)

引言 (3)

1.电动汽车底盘结构 (3)

1.1电动汽车底盘 (3)

1.2 电动汽车底盘设计方法 (3)

1.3电动汽车底盘结构的分析方法 (4)

1.4电动汽车底盘优化设计方案 (6)

2. 电动车底盘结构静态分析 (6)

2.1底盘结构六种工况静力学分析 (7)

2.1.1 底盘满载四轮同时着地工况分析 (7)

2.1.2 底盘满载前轮一侧悬空工况分析 (8)

2.1.3 底盘满载后轮一侧悬空工况分析 (9)

2.1.4 底盘满载对角两轮悬空工况分析 (11)

2.1.5 底盘满载紧急制动工况分析 (12)

2.1.6 底盘满载转弯工况分析 (13)

2.2 底盘结构优化处理 (14)

3. 电动汽车底盘结构动态分析 (15)

3.1 底盘四轮着地工况模态分析 (15)

3.2 底盘前轮一侧悬空工况模态分析 (17)

3.3 底盘紧急制动工况模态分析 (20)

3.4 底盘紧急转弯工况模态分析............................ . (22)

结论 (25)

参考文献 (26)

致谢 (27)

Contents Abstract..................................................................................................., (2)

Introduction................................................................................................,................., (3)

1. Electric vehicle chassis structure (3)

1.1 Electric automobile chassis (3)

1.2 The chassis design method of electric vehicle (3)

1.3 Analysis method of electric vehicle chassis structure (4)

1.4 Electric automobile chassis design (6)

2. Analysis of the chassis structure of electric vehicle (6)

2.1 Analysis of the chassis structure of six kinds of condition of statics (7)

2.1.1 Chassis with four-wheel landing condition analysis at the same time (7)

2.1.2 Chassis with the front wheel side dangling condition analysis (8)

2.1.3 Chassis with dangling rear side condition analysis (9)

2.1.4 Chassis with diagonal two wheels working condition analysis (11)

2.1.5. Chassis with emergency braking condition analysis (12)

2.1..6 Chassis with turning condition analysis (13)

2.2 The chassis structure optimization (14)

3. Electric vehicle chassis structure dynamic analysis (15)

3.1.The chassis modal analysis four-wheel landing conditions (15)

3.2 The working condition of chassis front wheel side dangling modal analysis (17)

3.3 The chassis modal analysis emergency braking conditions (20)

3.4 Chassis emergency condition of turning modal analysis (22)

Conclusion (25)

References (26)

Appendix (27)

电动汽车底盘结构设计与分析

作者：衣光亮指导教师：李明光玄冠涛（青岛澳波环保科技有限责任公司工程师；山东农业大学讲师）【摘要】底盘是电动车的主要结构，电动汽车上绝大多数零部件都要靠底盘固定和连接，它是承受载荷的主要结构，是整个电动汽车的关键部件。因此，底盘应有足够的刚度和强度，同时应有合理的动态特性以减小整车振动。其结构性能直接影响电动汽车的安全性、操作性和舒适性[3]。本文主要分析了电动车在六种典型工况下底盘结构受到不同弯扭和应力作用时刚度和强度的问题，利用三维实体建模软件Solidworks对电动车底盘进行三维实体建模，利用sumilation对所设计的底盘进行静力学分析[12]，得到了六种工况下底盘局部变形和应力过大区域，为底盘结构优化改进提供了重要依据。最后对底盘各种工况进行了模态分析，得到电动汽车在实际行驶过程中十阶振型及频率，为优化整车振动特性提供了参数依据，有效的避免了共振现象的发生，并减小了噪音。在底盘的有限元分析过程中获得了很多有价值的理论依据，为今后的电动汽车底盘结构设计打下了可靠的基础。

关键字：电动汽车底盘Solidworks sumilation

Design and analysis of electric vehicle chassis structure

Author: Yiguangliang The instructor: Limingguang Xuanguantao (Qingdao Aobo Environmental Protection Technology Co., Ltd. The Engineer;

Shandong Agricultural University Professor)

【Abstract】The chassis is the main structure of electric vehicle, the vast majority of parts of electric cars will have to rely on the chassis is fixed and connected, it is the mainload, is the key part of the entire electric vehicle.Therefore.Chassis should have sufficient strength and rigidity, dynamic characteristics andappropriate to reduce the vehicle vibration，Chassis structure performance directly affects the safety of electric vehicle,operation and comfort.This paper mainly analyses the electric vehicle in the six chassis structure under typical conditions under different torsion and stress when the stiffness and strength of the problem。Using 3D solid modeling software Solidworks was used for 3D modeling of electric vehicle chassis, the static analysis of the design of the chassis by SUMILATION,has been under six chassis local deformation and stress too large area, providesan important basis for the chassis structure optimization.At the end of the chassis of various working conditions of the modal analysis, get the electric automobile traffic in the actual process of ten order vibration mode and frequency, provide reference for optimization of the vehicle vibration characteristics, effectively avoid the resonance phenomenon, and the noise is reduced.Getting a lot of valuable theoretical basis in finite element analysis of chassisprocess, a reliable basis for the design of micro electric vehicle chassis structure of the.

Keyword:lectromobile chassis Solidworks sumilation

引言

随着全球能源日趋短缺，环境污染及全球变暖问题日趋严重，新能源汽车被各国普遍关注，甚至被提高到关乎未来国家产业竞争力的高度。尽管新能源汽车并不是最近几年才出现的技术，但是在国际金融危机的背景下，电动汽车产业作为一个新兴产业开始受到世界各国的高度重视。发达国家研发节能环保型电动汽车也处于初期发展阶段，在这一领域我国与发达国家相比没有拉开明显差距，被认为是最具发展潜力，甚至在局部领域具有后来居上的潜力，是我国汽车产业发展最有可能超越的领域。因此加快发展电动汽车产业对于振兴我国汽车工业和掌握新一轮汽车革命竞争主动权具有十分重要的意义。在电动汽车的各结构中底盘结构是最基本的，它负责连接其它零部件,是主要的承载部件，其上面的各种载荷都作用在底盘结构上,底盘结构的性能指标在电动车设计中十分关键，所以底盘结构的结构分析及优化设计意义重大。电动车在实际行驶中，悬架常常会经受高强度的往复压缩冲击，此时底盘及其附件就起到了缓冲和减震的作用，其性能满不满足要求对电动车正常行驶有着非常关键的作用【3】。论文应用Solidworks有限元软件对电动车底盘进行有限元静态与动态分析，得到的参数数据对底盘的优化处理和选型有很大帮助。

1. 电动汽车底盘结构

1.1 电动汽车底盘

底盘是汽车中最为基本的部分，几乎所有部件都要安装在底盘上，所以它就需要承受电动车以及它上面部件的所有质量、载荷和实行中各种工况下产生的力和力矩，因此，底盘必须满足刚度和强度的要求，并尽可能的使底盘轻量化，还要使电动车达到平稳性的要求【5】。

底盘系统包含了悬架、制动、转向等子系统,在传统意义上它影响着整车的舒适性、安全性与操控性,而对于电动汽车而言,它的影响更加深远【2】。电动汽车的底盘系统需要适应于车载能源的多样性、适用于高度集成的系统模块,同时不限制汽车内部空间与外部造型的设计。一般所说的底盘工程包括前后悬架、转向系，制动系和车轮的设计配置。与这些系统直接相关的整车性能有制动性、操稳性和平顺性。底盘的悬架部件本身要足够牢固，而其设计是否到位直接影响车架车身的受力大小，同时底盘设计也和耐久性相关。

1.2 电动汽车底盘设计方法

纵观各类新能源汽车，从概念车到量产车，从国内自主车型到国际典型车型，底盘系统的设计朝着两大方向发展，其一以传统车平台为基础，根据需求进行局部改进;其二推翻传统思维模式，创造出全新的理念。

以传统车平台为基础，根据需求进行局部改进，其设计思路是被动的。在该思路指导下，传统车的成熟零部件得到最大可能的沿用，保持底盘框架不改变，制动系统、转向系统、悬架系统、传动系统等在保持工作原理基本不变的前提下做相应改变或调整。思路特点是，尽可能地沿用传统车底盘，根据需要进行部分的改制工作，开发难度小、开发成本

低、开发周期短，并且能够与传统车公用平台，并在很大程度上沿用传统车的成熟零部件。图1-1为“改制”的设计思路：

底盘系统

沿用

影响 核心系统 方案确立

影

响

图1-1 “改制”设计思路

(1) 沿用底盘平台。沿用原有平台的底盘构架，即副车架不变、底盘子系统工作原理不变。

(2) 传统发动机的取消影响部分底盘子系统。因为新的动力系统取代了原传统发动机，电动汽车的制动系统、转向系统、传动系统都需要在原有构架上做出相应调整。制动真空助力泵失去了真空源，需要增加电动真空泵为其提供真空源，相应的管路等零部件需要更改；原动力转向泵因为发动机的取消而无法沿用，需要开发新的转向动力源，相应的管路等零部件需要更改;新动力系统的减速器接曰与原车相比发生了改变，因此传动系统需要根据新的输入信息进行更改或者重新设计。各子系统零部件更改的设计完成之后，根据总布置的位置与零部件数模设计悬置支架，最后通过软件分析来确定悬置系统的强度与

噪音并做出相应的改进【10】【7】。

(3) 总布置的改变影响悬架系统。由于实施了新的总布置方案，前后舱布置内容较原型车有重大改变，需要重新计算整车的质量与载荷匹配，来确定原有悬架系统是否可靠，若不可靠需调整或重新设计悬架系统。首先需要统计电动汽车相对于同一平台的原型车新增部件的质量与质心位置，结合沿用的原车部件的质量与质心位置，计算出新总布置方案下电动汽车的质量与质心位置；再通过质量与X 向质心位置计算出前后轴荷分布然后根据质量与轴荷来校验原有悬架系统的可靠性，若不可沿用则重新设计悬架系统或更改原系

统的设计参数；最后通过软件对悬架进行受力分析，并对悬架设计做出相应调整【8】【5】。

1.3 电动汽车底盘结构的分析方法

汽车是专门负责运输的产品，在实际工作中需要承受各种载荷的作用。底盘又是整

传 统

车 平 台 底盘平台子系统工作原理 转向系统 制动系统

传动系统 悬架系统 总布置更改

电控系

统更改 动力系统更改

个汽车的基础构件，起支撑作用，几乎所有的载荷都由底盘承受，所以，底盘结构的优劣是判断汽车质量好坏的标准。为了验证所研究底盘结构的质量，本章对底盘结构进行静态分析，底盘静态有限元分析是计算在固定不变的载荷作用下的结构响应，它不考虑外界的一些影响，如结构随时间变化载荷的情况，静态分析主要是运用有限元知识，在结构、几何、物理等领域上对底盘结构进行计算分析。 (1) 底盘的静强度分析

分析时，要施加固定不变的载荷，通过计算这种情况下底盘结构产生的位移及 受到的应力应变分布情况，即研究底盘结构受到外部载荷作用后的分布情况，通过 这些数据对结构进行优化分析，既保证结构性能符合标准又满足实际要求。 (2) 静力分析的基本概念及流程

静力分析主要从静力学、几何学、物理学三个方面来研究结构的特性，其依据的是物理平衡原理、位移变化原理和胡克定理。在处理这些问题时，用有限元法进行结构静力学结构分析的一般方程可以表示为：

[ K ]{D}={ P}

式中： [K]—经过边界条件处理的结构整体刚度矩阵； {D} —待解答的整体位移向量；

{P} —与待解答整体位移向量对应的载荷向量。【9】

静力学分析的一般流程如图 1-2所示。其中：

1) 在单元选择中，我们主要是为了建立力与位移之间的联系，得到单元刚度矩阵； 2) 在整体分析中，我们根据物理平衡原理和位移变化原理这两个理论，建立整体刚度矩阵；

3) 在约束处理中，我们首先要施加约束条件，然后处理上一步建立的矩阵，得到经过边界条件处理后的整体刚度矩阵 [K]与载荷向量{P} ；

4) 静力分析这一步骤主要是对方程 [K]{D}={P}进行求解运算,得到的结果就是结构的位移情况；

5) 这一步骤的任务是要把我们想要知道的结果也就是单元内力和应力求解出来；

6) 最后我们要对分析计算结果可视化处理。【1】【6】

图1-2静力分析的基本流程

单

元选择

整体分析

约束分析

静力分析方程求解

单元的节点

力，内应力或

应力计算

结果后处理

1.4 电动汽车底盘结构设计方案

拟设计的电动车底盘是边梁式底盘结构，以便更好的安放底盘上的各部件，更好的

布局，满足今后的改装需要，并且这种底盘具有结构简单、重量轻、强度高和刚度大等特点。该底盘长2450mm ，宽1280mm ，底盘采用Q25钢材料，各横纵梁均用标准的矩型管型材焊接而成【17】。具体电动车整车参数如表 1-1 所示：

表1-1 电动车整车参数

底盘尺寸 2450mm*1280mm*390mm

电池最大续航里程

80--120km 最大爬坡度 20% 载重量 50--100kg 电池 48v 输出功率 1.5--7KW

座位数 6 最大行驶速度

30--50km/h

设计说明：该纯电动汽车在结构上去掉了离合器，采用锂离子电池从而减少了整车质量，同时在行李箱处安装了蓄电池组及充电系统，另外为了前后轴荷分配合理在前轴传统发动机处安装电动机，用于连接电池和电动机并进行交直流转换的控制器，起动用的继电

器，另外电动机在刹车时可以作为发电机回收能量。【18】设计后的电动汽车底盘结构如图

1-3所示：

图1-3电动车底盘结构

2. 电动车底盘结构分析

根据第二章中电动汽车的参数配置及分析方法，在本章中，我们将利用软件

蓄电池

前端悬挂

控制器位置

电动机发 动机位置

载客区

Solidworks simulation对汽车底盘结构进行相关工况的分析，以便检验设计的成果及为设计改进提供有效的数据。

2.1 底盘结构六种工况静力学分析

2.1.1 底盘满载四轮同时着地工况分析

底盘满载四轮同时着地工况下，底盘结构主要承受的载荷有底盘自身重力、安装在底盘上的各部件重量和人员的重量。满载四轮同时着地工况是模拟电动汽车在施加所有载荷的情况下，电动汽车在路况较好的地方行驶，四轮同时着地并匀速行驶，该纯电动车主要的工作工况就是这种情况。在这种情况下底盘结构没有太大的扭矩变形，主要是来自轮胎与路面接触的地方产生反作用力使底盘结构受到垂直载荷并导致一定的水平弯曲变形。1）满载工况下约束与载荷

在对底盘满载四轮同时着地工况进行分析时，底盘结构自身的重量和它所受到的载荷力与动载荷系数是倍数的关系，动载荷系数的最大值要小于等于2.5，通过乘以动载荷系数校核底盘结构的性能问题。在底盘结构相应节点上选用系数2.5，方向垂直向下。电动车在匀速行驶时底盘结构的受力情况与电动车在静止状态时是大同小异的，底盘结构所受到的力包括自身重力和安装在底盘上的附件的重量，如：发动机、控制器等，还包括乘客的重量，把这些载荷以集中载荷和均布载荷的形式分别施加在相应位置和节点上。施加约束时，在两个前轮悬挂处施加全自由度约束，在后轮与减震相连接处施加垂直方向的约束。车身自重通过施加垂直方向的重力加速度来实现。

2）满载工况下底盘的结果分析

通过软件SolidWorks susimulation对电动汽车底盘结构进行有限元分析计算，得到电动汽车底盘结构在满载四轮同时着地工况下的应力应变分布情况【11】，其中图2-1为电动汽车底盘结构等效位移分布图，图2-2为满载工况下底盘结构应力分布情况。

图2-1底盘结构等效位移分布图

图2-2底盘结构等效应力分布图

由图中结果可以看出底盘在此种工况下位移最大量为 3.121mm，发生在底盘中间大梁处，由于电动车处于匀速状态，梁结构承受主要载荷，所以最大变形量发生在中间大梁处，在后期优化处理时应加大尺寸。应力最大值为215MPa，发生在前轮右侧悬挂处。小于材料的屈服强度，符合要求。

2.1.2 底盘满载前轮一侧悬空工况分析

电动汽车在实际行驶过程中，有时遇见的路面情况比较恶劣，道路不平，这种情况下就可能会造成电动车一个轮胎悬空的情况，底盘结构变形比较大，底盘结构遭受比较严重的扭转工况，因此我们有必要对该工况进行分析。

1) 满载工况下约束与载荷

由于道路不平的原因，导致电动车在实际行驶过程中承受扭转载荷，使电动车产生非对称支撑，底盘结构受到扭转力矩的作用。由于电动汽车使用环境原因，车速最高才能达到50Km/h，受到的惯性载荷比较小，经分析研究在这种情况下动载荷系数最好小于等于1.3。本文选取1.3的动载荷系数。在施加约束时，解除右前轮处的全自由度约束，左前轮处施加全自由度约束，后轮处施加垂直方向约束。底盘重量和其上面的附件，按着相应的节点位置施加集中和均布载荷，在右前轮解除约束处施加悬挂和轮胎的重量。

2）满载工况下底盘的结果分析

通过有限元分析软件进行分析计算，得到底盘结构在满载前轮一侧悬空工况下的应力

应变分布情况，如图2-3与图2-4所示。

图 2-3底盘结构等效位移分布图

图2-4底盘结构等效应力分布图

由图中结果可以看出底盘在此种工况下位移最大量为4.874mm，发生在右前轮解除约束处的横梁上，由于在解除约束的地方有悬挂和轮胎的重量，所以受力变形较大，在优化时，应该考虑这些因素的影响，改变结构或是尺寸。底盘在这种工况下所受最大应力值为236MPa，最大应力点在左前轮悬挂处，与材料的屈服强度差不多，所以这种情况比较危险，需要合理调整底盘布局以减小所受应力分布。优化时，要注意这种情况下的受力载荷，以满足屈服强度要求。

2.1.3 底盘满载后轮一侧悬空工况分析

在弯扭工况下，除了前轮一侧悬空的情况，还有一种典型工况就是后轮一侧悬空。它所发生的条件与前轮一侧悬空相似，但约束条件略有不同，变形也很严重【4】【14】，所以也要重点分析。

1) 满载工况下约束与载荷

此工况与前轮一侧悬空相似，动载荷系数取为1.3。在施加约束时，解除左后轮处的

垂直自由度约束，两前轮施加全自由度约束，右后轮处施加垂直方向约束。底盘重量和其上面的附件，按着相应的节点位置施加集中和均布载荷，在左后轮解除约束处施加悬挂和轮胎的重量。

2) 满载工况下底盘的结果分析

通过有限元分析软件进行分析计算，得到底盘结构在满载后轮一侧悬空工况下的应力应变分布情况，如图2-5、2-6所示。

图2-5底盘结构等效位移分布图

图2-6底盘结构等效应力分布图

由图中结果可以看出底盘在此种工况下位移最大量为4.14mm，发生在后轮解除约束处的副底盘横梁上，也是由于施加了悬挂和轮胎的重量，优化时需要通过改变尺寸来减小变形。底盘在这种工况下所受最大应力值为101MPa，最大应力点位于右前轮悬挂处，其值远远小于材料屈服强度值，总体上看在极限扭转的工况下总体的应力值较低，底盘整体结构的刚度足够，并且有很大的富余。

以上两种都是对底盘结构弯扭工况的有限元分析，由得出的底盘结构应力应变分布情况，可以知道该底盘结构的强度基本满足要求，底盘结构的应力薄弱环节均出现在底盘支

架与悬挂的交接处，说明此处的结构需要优化改进，但底盘结构的整体所受到的平均应力远远小于底盘材料的许用应力值，证明底盘大部分满足强度要求。在对底盘结构的优化改进中，可以依据上述结果进行分析。

2.1.4 底盘满载对角两轮悬空工况分析

电动车以低速行驶在不平道路上时，由于路况的原因，还有可能出现对角两轮悬空的情况，此时底盘结构受到弯扭联合作用，这种情况下动载荷随时间变化的缓慢，并且惯性载荷较小。

1) 满载工况下的约束与载荷

由于此工况比较特殊，研究得到动载荷系数取为1.3。在施加约束时，解除右前轮和左后轮的所有自由度约束，在左前轮处施加全自由度约束，右后轮处施加垂直方向自由度约束。底盘重量通过重力载荷施加，上面附件的重量加载在底盘的相应节点位置，在解除全自由度的位置施加悬挂和轮胎质量。

2) 满载工况下底盘的结果分析

通过有限元分析软件进行分析计算，得到底盘结构在满载对角两轮悬空工况下的应力应变分布情况，如图2-7、2-8所示。

图2-7底盘结构等效位移分布图

图2-8底盘结构等效应力分布图

由图中结果可以看出底盘在此种工况下位移最大量为5.6mm，发生在电动车左后轮解除约束处的副底盘位置，由于此处施加重量较大，在后期优化时需要加大横梁尺寸，以满足结构强度要求。底盘在这种工况下所受最大应力值为201MPa，最大应力点位于左前轮悬挂处，其值小于材料屈服强度，但不是远远小于，存在一定的危险性，需要在优化时对此处结构进行改进，底盘其它位置应力水平较低，基本满足强度要求。

2.1.5 底盘满载紧急制动工况分析

电动汽车底盘结构在实际行驶中经常会发现底盘与悬架连接处发生开裂，这是电动车在行驶中发生紧急制动工况造成的，所以我们要对底盘结构在紧急制动工况下的强度问题进行研究。电动汽车在实际实行中会遇到不同道路工况的改变，这就伴随着电动车加减速情况下惯性力的产生。惯性力使得底盘结构承受反向纵向载荷力，其大小主要由制动时减速度和电动车整体质量决定，惯性力主要由制动减速度决定。

1) 满载工况下的约束与载荷

本文研究的是对发生制动时四轮一起抱死的情况进行分析，通过在底盘结构上施加纵向加速度来达到此种工况时的状态。定义初始速度为50m/s，制动距离为7m进行分析计算，即制动减速度达到9.8m/s。在实际情况中这么大的减速度不可能实现，但在校核底盘结构强度和刚度问题时，为了使结果达到更高的安全系数，可以假定电动车能达到那么大的制动减速度。当电动汽车发生紧急制动工况时车速逐渐变小，在计算过程中选取动载荷系数为1.5。由于前倾趋势，在底盘后部相应位置施加悬挂和轮胎重量，其他重量分别施加在相应节点处。在施加约束时，约束前轮与悬挂连接处节点所有水平自由度，解除这些节点处的所有转动自由度；约束后轮与减震连接处节点的Z方向自由度和X方向自由度，其它各节点自由度均不施加。

2) 满载工况下底盘的结果分析

由于纵向加速度的因素，底盘尾部有向前收缩的趋势，底盘结构前部前倾，幅度不大。由于质量分配比重和底部纵向刚度这两个因素在底层和顶层相差不多，在顶层没有明显的

前倾趋势。最大变形发生在底盘后半部分位置上，最大变形量为2.201mm。变形量相对较

小，最大变形量的产生主要是由于后半部分承受载荷较大，在制动时电动车有前倾的趋势，导致底盘结构后半部分发生很大变形。在紧急制动工况下，底盘结构所受最大应力为191MPa，发生在前轮两端悬挂处，小于材料的屈服强度，满足要求。底盘结构在满载紧急制动工况下的应力应变分布情况，如图2-9、2-10所示。

图2-9底盘结构等效位移分布图

图2-10底盘结构等效应力分布图

2.1.6 底盘满载转弯工况分析

1) 满载工况下的约束与载荷

电动车在进行紧急转弯时，底盘结构在离心力的作用下会向一侧倾斜。转弯半径和行驶速度起着决定性的作用，在转弯减速的过程中伴随着减速加速度的产生。本文近似的分别在横向和纵向施加0.5g的加速度来计算分析电动汽车在左转弯时的情况。此外，整车质量还影响着离心力。我们假设电动车在转弯时后轴完全侧滑，定义动载荷系数为1.5。由于电动汽车左转弯时电动车底盘结构向左倾斜，在底盘右半部分相应位置处施加悬挂和轮胎的重量，其它重量施加到相应的节点上。在施加约束时，约束左前轮与悬挂连接处节点的所有水平自由度，解除相应节点处的所有转动自由度；约束右前轮与悬挂接触处节点的Z方向自由度和X方向自由度，该节点处的其它自由度均不施加约束；约束后轮与减震相连接处节点的Z方向自由度。【13】

2）满载工况下底盘的结果分析

电动汽车左转弯时，有侧向和纵向加速度共同作用，底盘结构右半部分有向左倾斜的趋势，底盘结构左右分配比重和横向刚度相同，所以倾斜趋势不明显。最大变形发生在底盘右后部副底盘位置，最大变形量为1.138mm，变形量相对较小，最大变形量的产生主要是侧向倾斜时加速度和额外重量的影响。紧急转弯工况下，底盘的左后副底盘连接减震处所受应力最大，最大应力为60.2MPa，远远小于材料的屈服强度。底盘结构在满载紧急转弯工况下的应力应变分布情况，如图2-11、2-12所示。

图2-11底盘结构等效位移分布图

图2-12底盘结构等效应力分布图

2.2 底盘结构优化处理

通过应用有限元分析软件Solidworks simulation对底盘结构在六种典型工况下的分析计算，得到电动车在实际行驶过程中底盘结构应力应变分布情况。【16】本小节以计算结果数据为依据对底盘结构进行优化改进。

综合以上六种工况分析结果，底盘结构前端安装发动机控制器处受力变形较大，并承受一定重量的载荷，对此，在已有一根横梁的基础上在旁边固定另外一根横梁，起到分担前端总重量的目的，较小变形和所受应力。悬挂悬耳与底端支架处是六种工况下受应力最

大的地方，由于此处受力较大并且只有一个支撑点，受力面积较小，所以产生的应力较大，通过在支架两边焊接一个加强筋，连接悬耳于支架部分，可以起到增加受力面积，减小应力的作用，并且可以转移应力最大点的位置。底盘结构中间部分，通过以上静力学分析得知中间两根纵梁受力变形较大，在中间位置加一根横梁，分担此处纵梁承受的载荷，由于在分析时得到中间部分三根主梁所受应力与许用应力相差很大，所以在满足应力要求的情况下减小三根主梁尺寸，已达到减轻车身重量的要求。在底盘结构后半部分与减震连接处加上两根加强筋，起到固定支撑作用，减小此处应力集中。

3. 电动汽车底盘结构动态分析

3.1 底盘四轮着地工况模态分析

1）边界条件的确立

此时电动车匀速行驶，四轮同时着地。对两前轮与悬挂连接处施加全自由度约束，后轮与减震连接处施加垂直方向约束。释放各节点其它各自由度。

2）模态计算结果分析

由于对电动汽车底盘结构来说阶数越低越能决定底盘结构的动力特性，所以在进行电动汽车底盘结构有限元分析的模态分析时，选取前十阶模态对底盘结构进行分析，分析后电动汽车底盘结构各阶频率值及相应振型情况如表3-1所示：

表3-1底盘各阶频率

阶数频率/HZ 振动特性

1 3.473 左右摆动

2 11.632 前后移动

3 29.367 左右摆动

4 66.666 弯曲

5 69.764 扭转

6 79.055 尾部摆动

7 86.78 前部扭转

8 107.67 弯曲

9 150.762 副底盘弯曲

10 162.003 前横梁上下移动

经分析得到，第一阶是前端悬挂处固定不动，底盘绕固定端左右摆动，底盘后端摆动较大；第二阶是悬挂处固定，底盘前后摆动；第三阶是底盘随着前端悬挂固定处左右摆动，底盘前端摆动较大；第四阶和第五阶都是弯曲扭转，底盘变形较大；第六阶是底盘尾部前后摆动；第七阶是底盘前端副底盘上下摆动；第八阶是底盘整体弯曲变形；第九阶是副底盘上下弯曲变形；第十阶是前横梁上下摆动。如图3-1所示，是电动汽车底盘结构在此种工况下的模态分析的振型结果，选取其中五阶阵型图。

第一阶段

第二阶段

第三阶段

第四阶段

第五阶段

图3-1底盘振型图

底盘随机受到的激励主要是路况不好导致的位移激励。路面谱密度可以对路况进行模拟，它受很多外界不确定性的因素约束。路面激励可以通过元件传递，比如汽车可以通过减震系统传递到底盘上。汽车型号的不同也影响着底盘所受路面激励的大小。路面的激励频率基本小于15Hz，底盘固有频率后阶在此范围内扭转变形最严重。电动汽车在正常行驶车速为40km/h时，发动机爆发频率为40～80H z，4阶和5、6阶频率处于这个范围内，共振现象最容易发生。一般来说高阶数的振型变化所产生的动力特性影响比较小。

3.2 底盘前轮一侧悬空工况模态分析

1）边界条件的确立

电动汽车在崎岖不平的道路上行驶时，会出现一侧轮胎悬空的情况，以前轮一侧悬空为例进行模态分析，此时底盘结构弯扭变形较大。施加约束时，对左前轮施加全自由度约束，两后轮与减震连接处施加垂直方向约束，其它地方均不约束。

2）模态计算结果分析