基于模块化动力单元的电动公路客车车身结构设计研究

发布时间：2020-07-09 06:35

【摘要】：在全球性能源匮乏以及环境污染问题日趋严峻的今天,传统燃油动力汽车市场受到不小冲击,电动汽车则以其诸多优势蓬勃发展,客车作为重要的公共交通工具,其电动化趋势也愈发明显。如今,各大客车企业将电动化产品从单一的城市公交客车拓展到公路客车,动力形式也从单一的纯电动向纯电动、增程式电动、燃料电池等多样化电动形式发展。但这也加重了客车企业车型多、产量小的生产现状,使工装的制造成本与产品的产量之间形成了严重矛盾。针对目前电动公路客车在生产及使用过程中存在的通用性、灵活性方面的问题,并考虑未来的拓展性,本文提出了一种模块化动力单元的设计思想,基于该思想并结合客车相关设计理论及法规,设计了一种能够同时适用于纯电动、增程式电动、燃料电池三大类型,10m、11m、12m三种长度的通用化电动公路客车车身结构,解决了客车企业生产过程中的主要困境。结合课题组现有的对于客车结构的分析方法,利用CAE分析手段,对所设计车身结构进行静态性能分析及改进。本文主要完成内容如下:第一,基于模块化动力单元的电动公路客车的总体方案设计。首先针对电动公路客车当前存在的问题进行详细分析,分析角度包括:企业生产制造过程中存在的矛盾;用户使用过程中所受的局限;未来电动客车发展的需求等。根据分析内容,提出模块化动力单元设计思想,使公路客车结构的设计兼具通用性、灵活性、可拓展性,解决了生产过程中成本与产量之间的矛盾,满足用户的变化需求,适应未来动力单元的发展。再根据该思想结合相关客车设计标准设计电动公路客车整体结构,并确定关键结构尺寸。最后以纯电动类型为研究对象,考虑整车轴荷分配、左右侧结构载荷分配、整备质量等限制因素,对结构进行极限动力布置方案的研究。第二,基于模块化动力单元的电动公路客车初始模型的建立。根据电动公路客车总体设计方案,分总成建立初始结构的几何线框模型并完成拼合处理。再根据几何线框模型结合课题组以往的项目经验初步确定各杆件截面尺寸参数,完成初始参数车身骨架有限元模型的建立。按照所设计的多种极限动力布置方案分别对骨架模型进行有效工作载荷的施加,最终完成多个初始结构有限元模型的建立。第三,初始模型的基本性能分析。对初始模型进行相关静态性能分析,其中包括自由模态、整体刚度、不同动力布置方案下的强度分析,最终得到初始结构有限元模型的基本性能参数,并确定各项性能参数是否符合安全设计要求。第四,初始模型车身结构的改进。针对初始模型强度不达标、可轻量化空间较大的情况,首先基于杆件内力应力分析方法,分析高应力单元位置的杆件内力情况,以及应力成分占比,重新合理化杆件布局,降低车身结构整体应力水平,使车身结构在任一动力布置方案下均符合强度要求。再针对低应力杆件进行截面尺寸调整和适当删减,减轻部分车身质量,在各项基本性能达标的同时,兼顾车身的轻量化设计,最终得到符合各项性能安全要求、轻量化优势明显的电动公路客车车身结构。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.82;U469.72
【图文】：

示意图,动力单元,模块,示意图

吉林大学硕士学位论文由更换适应变化的行驶需求，客车的利用率得以提高。同一辆客车根据实际需求的不同，可以选择装配合适的动力单元模块，例如：要求公路客车能够保证中长途运行时，可以选择容量较大的动力电池模块、或在动力电池模块之外加装增程器模块或搭载多组动力电池模块，以保证公路客车的续航里程；当公路客车短途运行时，可选择容量较小的动力电池模块，以减轻整车质量，降低能源消耗。模块之间的灵活组合特性也使得客车模块空间可以充分利用。车身结构中动力单元模块的装配空间在不装配动力单元模块时，将作为行李舱使用。当一个模块空间装配动力单元模块时，可分为以下三种情况（如图 2.1 所示）：装配一个大尺寸模块；装配一个小尺寸模块，其余空间用作行李舱；装配动力单元组合模块。

结构示意图,动力电池,公路客车

第 2 章基于模块化动力单元的电动公路客车总体方案设计外，动力单元固定于几种标准外廓尺寸的立方体封装箱内，箱内必须间以便于动力单元的安装和拆卸，以及布置缓冲材料等动力单元保护为动力电池模块，考虑到目前动力电池的能量密度还处于较低的水平的续航能力，动力电池需有相当的体积。综上考虑，动力电池模块的封装箱尺寸应设计的尽可能大。因此在设计公路客车底架结构时，尽区域可以利用的空间，具体设计内容如下：、将车门设置在右侧围的前后两端，侧围中段保证桁架结构完整，如图样的设计使得车身中段不存在踏步占用空间，底架中段可利用的模块外，右侧围桁架结构的完整性优于传统中门客车，有利于提高整车车

示意图,副车架,结构对比,双U型

图 2.2 右侧围结构示意图、取消传统公路客车常用的底架龙骨结构，在底架的中心纵向剖面设计架结构，将底架内部空间平均分成左、右两部分；、在底架轴间区域设置两个横向断面（与侧围立柱和顶盖横梁形成两个，结合纵向桁架断面，将该区域分割成大小完全相同的 6 块空间，即 6单元模块布置区域；、选择双 U 型后副车架结构，其特点在于：空气弹簧的位置发生了变化体的纵向长度减小、垂向高度增加，从纵向长度上增大了底架中段可间，双 U 型后副车架与传统的 C 型梁后副车架的结构对比如图 2.3 所

【参考文献】