纯电动客车结构分析与轻量化研究

发布时间：2020-05-16 16:02

【摘要】：随着传统内燃机汽车的大量使用,环境污染问题和能源短缺问题正变得愈发严峻。因此,以纯电动客车为代表的清洁、环保的交通工具迎来了更加广阔的发展空间。目前,大多数纯电动客车具有整车质量大、结构强度分布不合理、续驶里程短等劣势。本课题针对一款12米长的纯电动公交客车,基于有限元法对其进行了结构分析,并开展了轻量化方面的研究。基于有限元法的结构分析。在HyperMesh中完成了客车的有限元建模,并通过样车的静态试验验证了模型的正确性。通过Nastran对其进行了五种典型道路工况下的强度、刚度分析以及自由模态分析。结果表明,该车的各项性能指标均满足要求,同时强度余量较大,可以进行轻量化设计。基于尺寸优化的轻量化研究。根据有限元分析的结果,对骨架上各构件进行了筛选和分组。并以整车骨架自重最小作为优化目标,以各组构件的厚度作为设计变量,以客车在各工况下的最大应力、骨架主要开口处的变形以及一阶扭转频率作为约束,对客车进行了尺寸优化。最终该车在各项性能都满足要求的前提下,客车骨架的质量理论上从3012千克降至1677千克,减重44.3%。基于复合材料的客车轻量化研究。首次基于碳纤维复合材料对该客车的骨架进行了重新设计:首先设计了客车骨架上各结构件的复合材料铺层方案,然后将骨架材料从原来的高强度钢替换成碳纤维材料。之后根据有限元分析的结果以及复合材料强度失效准则,对复合材料客车上部分铺层进行了小范围的改进和调整。最终该车在各项性能都满足要求的前提下,骨架的质量理论上从3012千克降至858.4千克,减重71.5%。
【图文】：

铝合金,高强度钢

国际钢铁协会把抗张力在 270～700 MPa 的钢铁称为高强度钢[18]。高强度高、成本低的特点，，密度和普通的钢材相当，因此可以在结构做的情况下依然保证结构的安全性。与其他的金属材料相比，高强度钢比较简单，并且在材料的采购成本方面拥有极大的优势。因此它成为车行业应用最为广泛的轻量化材料，主要用于制造车身承力的结构件合金、复合材料等轻质、低密度新型材料相比，高强度钢的减重效果般，无法获得最为理想的轻量化效果。通过在铝中加入某些其他元素得到的铝合金是一种高强度、高硬度、高度的材料，并且拥有优秀的耐蚀性和抗疲劳性[19]。根据美国铝学会的露，与钢制车身相比，理论上铝合金车身可减重 40%左右[19]，显著的燃油经济性。如图 1-1 所示，国外相关机构预测，未来数年内铝合的应用比例将会持续攀高，到 2025 年平均每台车上铝质材料的使用0 磅。铝合金的材料成本相对较高，并且与传统的钢制车身相比，铝加工工艺截然不同，需要引入全新的总装生产线，设备投资成本较高铝合金的大规模应用只能局限在售价较高的高端车型上。

电动客车,主要参数,客车

第二章纯电动客车的有限元建模第二章纯电动客车的有限元建模全承载式客车模型主要包括车身骨架、蒙皮结构、内外饰、动力总成、空、悬架等，整车载荷主要通过车身骨架来承受。骨架是通过将各种尺寸矩形钢管、槽钢、钢板以及少量截面形状不规则的杆件等以焊接的方式而成的。如图 2-1 所示，本文的研究对象是来自上汽申沃客车的一款 12 米长的交客车。该车靠电机驱动，作为客车动力源的车载动力电池包一部分被车头部的顶盖上，另一部分被放置在客车尾部的底架上。该车主要用于短途通行，相关技术参数如表 2-1 所示，包括司机座椅在内车上一共有 9 个，双人座椅 12 个。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】