与目前已经发展成熟的燃油动力汽车相比，电动汽车和混合动力汽车则因其沉重的蓄电池和高昂的电池费用而失去光彩。电动汽车是未来汽车工业发展的目标，其应满足两方面的要求：其一，外形上要满足空气动力学、美学和舒适性的要求;其二，在汽车蒙皮之下要求的是创新性的轻量化和高安全性。

目前，电动汽车的研发趋势是小型化，即在城市中行驶距离为100?km左右的小型电动汽车。在这类车辆中，整车质量应不大于500?kg，其中，电池组的质量应在100?kg左右。这样的车辆应属于经济型的L7E级(空车质量低于400?kg)的车型，并且经济性很好。因此，控制车身结构的重量就非常重要。

题图 通过大面积使用轻结构材料和坚固的金属框架减轻车身的重量

优化车架结构

1.优化车架局部性能

随着计算机技术的进步，现在利用计算机优化设计已经非常容易。在金属结构设计时，首先使用的是标准的金属型材。框架结构局部的刚性不足利用局部增强来提高其刚性，如利用CFK碳纤维增强材料来弥补刚性不足的缺陷。有着很强承载性能的FVW纤维合成材料也在承载结构件中有所使用。

在大面积的平面或者略带弧形的车架结构件中，例如车顶或者底板，纤维合成材料得到了广泛的应用。这就有可能通过控制层压薄板中纤维方向提高纤维合成材料零部件的抗扭强度和抗弯强度。同时由于这种材料的比重较小(CFK的密度为1.7?g/cm3)，则可使电动汽车的重心降低，提高车辆的性能。

2.蓄电池组布置对车架设计的影响

在车架的优化设计中，另一个重要问题是要在车内稳妥的安装重量很大的蓄电池组。当车辆发生碰撞时，车内沉重的蓄电池组会出现强烈的加速运动，这时蓄电池组的悬架装置有可能被从车架上撕裂下来。因此，对混合动力轻结构设计的蓄电池悬架方案和连接方案需要进行进一步的研发改进，使其更加坚固、更加轻巧。

3.车身外形对车架结构设计的影响

在传统汽车上，车身外形可能产生的空气阻力对车身结构的设计并不重要。但是，对于电动汽车而言，良好的空气动力学性能能够降低电力消耗，增加车辆的行驶里程。因此，很小的汽车前端面和更好的空气动力学造型都是影响车架结构设计的重要因素。

新材料的应用潜力

在轻结构设计的持续优化中，传统钢材、铝材在车架上的应用已经没有多少继续优化的空间了。而在结构件、内饰组件和外部蒙皮类零部件中纤维合成材料的应用则有着很大的潜力。与金属材料相比，虽然目前的纤维合成材料零部件成本价格较高，但全自动的纤维合成材料生产方式使得每一零部件的生产节拍在不断缩短。下一步工业化生产研发的重要课题是：少裁剪或无裁剪的生产加工方式，更短的生产节拍，半成品和坯料的应用，功能集成，结构件模拟，碰撞模拟和生产制造工艺的模拟以及纤维、树脂和零部件的回收再利用。

当前，一种有着很高自动化程度的薄板树脂模塑工艺技术被开发出来。该技术是利用变形加工方法生产制造碳纤维空心合成材料零部件的工艺技术。空心芯轴装夹在编绕机床主轴上，在这一芯轴上编织网状的增强纤维层，例如碳纤维增强材料的纤维层。编绕而成的纤维软管紧紧的包裹在芯轴上。在后续的工序中向这编绕而成的网状软管中浇灌树脂使其硬化。利用这一工艺技术大批量生产的、已经应用到汽车生产中的零部件有宝马M6轿车的保险杠支架。但是其他汽车的其他型材也可以利用这一技术经济高效地生产出来，雷克萨斯LF-A的A柱就是利用CFK碳纤维增强材料编绕工艺制成的。

另外，单位能量吸收能力的比较表明：钢、铝零部件的单位能量吸收能力只有15?kJ/kg和25?kJ/kg，而纤维合成材料的单位能量吸收值在70～100?kJ/kg之间。因此，利用纤维合成材料制造电动汽车前端碰撞缓冲装置不仅可以减轻重量，还能提供很高的被动安全防护。

内饰的优化设计

驾驶电动汽车，驾驶员应该拥有舒适的坐姿，所有的车辆操作、控制元器件都应随手可触，车外情况更易观察。电动汽车紧凑的外形尺寸以及与驾驶员对转向、踏板和显示设备要求的变化也都在电动汽车内饰的结构设计方面提供了新的自由度。

我们以假人模型的固定位置为基准点，由于人体测量学的要求不同，在假人模型的不同部位也都设置了相应的参考点。用于踏板的位置相对比较固定，因此在汽车内部的结构设计中把脚后跟定义为车辆内固定的基准点。为了使不同的人体体形都能用很舒适的姿势驾驶汽车，则电动汽车的方向盘和座椅都能调节。此外，在类似设计中还要注意乘客有着很宽的视野范围。

在城市环境中工作的驾驶员都非常重视车辆的视野是否开阔。因此，适合于这种环境下行驶的电动汽车方案中把视点固定了下来。这种设计方法的特点是只有踏板是需要调节的。驾驶员的座椅只需根据驾驶员的身材在高度方向上调节。不仅5%的女士，而且95%的男士都能在车辆中找到舒适的驾驶位置。在视点固定的解决方案中，用于二类和三类任务的操作、控制元件(如音响、空调和导航)也应适当的可以调节。出于这一原因，在中控台上设置了触摸屏的显示器。当然，也应考虑到5%的女士人体类型所表示的人的臂长较短，因此中控台处的触摸屏安装在可调节的支承杆上。

视点固定方案开创了驾驶位置设计的全新领域。在电动汽车设计中，这一视点固定几乎可以完全放弃踏板机构。不仅是车辆的转向，而且其制动和加速也都可以主动式的Steer-by-Wire线控驾驶系统进行控制。这一系统带有一个主动式的、能够对多种驾驶动作直接做出反应的执行器。采用这一技术后可以完全放弃费时费力的踏板调节。有了这一技术，驾驶员的双脚也得到了解放，双腿和背部肌肉也能够得到放松。

主动式线控驾驶系统与辅助驾驶系统之间的耦合能够向驾驶员发出触觉提示信息。这种触觉提示信息能够使驾驶员比声学或者光学的提示信息更快地做出反应。例如，当ACC系统发出信息时，它发出的不是灯光或者声响，而是改变了调节杆的位置状态，或者是增大了反向的压力。但是，目前的法律法规还没有允许线控驾驶系统的应用，因为在转向和制动系统上需要有一套机械系统备用。

在电动汽车中，重要的显示仪表还有智能化的计程表和电力表。保证最大行驶里程的关键是一个电气线路板，以保障电动汽车可靠地、节能地行驶。除了要显示当前电力消耗情况外，还要对电动汽车的行驶里程进行累计，并给出理想情况下最佳行驶方式的建议。