汽车的每个零部件寿命都有耐久度极限吗?

当然是有的,既然小鹏汽车是生产电动车的企业,咱们就以电动车为例,来看看电动车的零部件在耐久测试方面的要求。

电动汽车和传统汽车结构零部件的组成有哪些区别呢?

从结构上看,主要区别在于电动汽车没有发动机和变速箱,取而代之的是电驱、电池以及动力匹配的零部件,所以电动汽车零部件耐久要求会从对象改变上去做区分。

和传统汽车一样,电动车零部件对使用寿命也是有要求的(这是肯定的…)

汽车零部件寿命要求大致可以分成两类:

一类是断裂会影响人身安全或者功能失效的零部件,这类零部件在汽车整个汽车使用周期里不允许出现断裂,一般零件寿命设计要求较高,零部件仿真分析和台架试验会按照用户极限工况进行疲劳耐久验证。比如底盘件系统里面轮辋、动力系统零部件电机齿轮等;

一类是不会影响人生安全和功能失效的零部件,这类零件比如车身局部位置内部附件等,一般零件寿命要求根据客户使用周期制定不一样的寿命要求,这类零部件比第一类零部件要求低,零部件仿真分析和台架试验会按照用户一般使用工况进行疲劳耐久验证即可。

目前电动车厂和传统车厂一样,汽车开发流程分成几个时间段进行零部件的耐久验证:

早期零部件设计阶段可以通过计算及仿真手段进行分析,主要是通过强度理论分析和疲劳理论预测计算规避零部件设计风险;

中期可以通过台架设计工况进行零部件台架验证进一步验证风险及规避;

后期通过实车路面跑车试验验证规避耐久风险。仿真分析这个阶段其实是非常重要的,一般主机厂可以通过反复收集的台架试验和路试试验数据与仿真结果进行对标,形成成熟的仿真分析规范,可以在设计前期提高预测疲劳开裂风险准确率,大大减少试验次数及成本,特别是小改款车型,可以通过前后车型仿真性能对标,逐步用仿真手段取代实际物理试验。

仿真分析对于疲劳分析校核一般有两个手段,一个是强度分析校核,一个是疲劳耐久载荷分析校核。强度校核就是零部件用一个极限静载荷工况进行仿真分析得到应力结果作为衡量值,定义应力值小于屈服强度或者抗拉强度来评判是否满足设计要求;

疲劳耐久载荷分析校核分又为两种,一种是台架工况校核,一种是实际路试载荷输入校核,而台架工况往往是路试载荷损伤等效而来的。不管是强度分析校核还是疲劳耐久分析校核,前提条件是必须要有力的输入,而这个力的输入大部分主机厂会利用ADAMS等多体软件对于特定工况进行静、动载荷分解得到。

零部件耐久试验分台架试验和实际道路试验,目前主要针对车身和底盘做台架试验,车身主要通过四立柱试验进行Z向道路载荷迭代的台架疲劳试验验证;

底盘主要是在各方向载荷输入通过多通道疲劳试验台架验证;

实际道路试验是根据各主机厂定义的质保期,比如8年16万或者5年15万等效到相对应的试验场路试规范路线程序,一般路试规范程序的定义是有针对普通路面下不同强化系数定义的强化耐久路面组成的。

既然我们是电动车制造企业,那也必须要谈谈电池这个重要的零件。

前面我们提到了电池作为电动车特有的且最为重要的零部件之一,对于它的疲劳耐久的预测目前主要是通过CAE振动耐久要求以及台架振动耐久要求作为前期校核。

振动耐久工况标准可参照GB-T 31467.3-2015定义的PSD谱,X/Y /Z每个方向振动21小时,具体参数曲线如下:

汽车零部件的耐久寿命要求越高,零部件的重量和成本就越高,这个和电动汽车轻量化影响到续航里程是相矛盾的,所以在设计阶段需要同时考虑轻量化和寿命设计。

首先,目前从仿真的角度可以做结构形状的拓扑优化,在力的传递路径上实现结构最优;其次,从材料方面我们可以升级牌号即使用更耐用的高强钢材料,这样可以适当减小材料厚度达到减重目的;再次是用材料密度较轻的其他金属或非金属材料,重量更轻但耐久性能不变。

未来汽车在部分零部件材料上会采用更多的碳纤维和其他复合材料,这些材料耐久性能优良,但不足的是研发成本太高,但是未来如果工艺改进可以降低成本,汽车很多零部件可以大量替代,减轻整车重量。

对于电动汽车来说,可以增加续航量程,这个是电动汽车里面关键性能指标的设计要求。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:小鹏汽车

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