含碰撞性能的纯电动车车身骨架多学科优化设计
发布时间：2020-07-22 12:57
【摘要】：通过三个“五年科技创新计划”和“产业科技创新工程”的支持,我国纯电动汽车的发展取得了突破性的进展,纯电动汽车作为一种新的出行方式使得城市出行更为节能、安全、环保和便捷。小型化、轻量化的纯电动汽车将成为我国汽车发展的重要方向,因此专门针对小型纯电动车的车身骨架进行轻量化多学科优化设计显得尤为重要。本文以全新设计的单排两座小型纯电动汽车为目标车型,针对其特殊的骨架式全铝车身结构,综合考虑车身静态刚度特性、模态性能和正面碰撞安全性能等不同学科的多个响应目标,对车身进行了轻量化多学科优化设计的研究,研究的主要内容及相关结论如下:(1)对多学科优化设计方法的基本理论进行了论述,首先对5种不同的试验设计方法进行了介绍,其次对3种不同近似模型的建立方法进行了对比,最后对常用的4种优化算法进行了阐述,为后续车身多学科优化设计提供了理论依据。(2)对纯电动汽车整车有限元建模方法进行了详细阐述,重点介绍了零部件的简化原则、网格划分的细节及质量要求、部件连接方式的模拟、材料属性的定义、接触的设置等建模要求及方法,完成了整车模型的模块化管理,建立了车身刚度和整车正碰有限元模型。(3)运用试验和仿真的方法对车身静态弯曲、扭转刚度特性、模态性能以及整车正面碰撞安全性能进行了分析,并将试验和仿真的结果进行了对比,结果表明,车身刚度及整车正碰有限元模型精度符合要求,验证了车身刚度有限元模型的准确性及整车碰撞模型的有效性。提取了表征车身静、动态刚度特性和碰撞安全性能的关键参数,确定了需要优化的响应,为后续车身结构的轻量化多学科优化设计提供了数据支持。(4)在对车身进行多学科优化设计过程中,合理的选取设计变量可提高优化效率。利用哈默斯雷试验设计方法生成了100个均匀分布的样本点,结合主效应分析方法对试验设计结果进行分析,最终选取了车身28个部件的厚度作为多学科优化设计的耦合设计变量,并利用径向基神经网络方法构建了车身刚度及模态的近似模型,利用克里金方法构建了车身正碰的近似模型。(5)基于优化设计软件Hyperstudy,结合建立的车身刚度、模态及正碰近似模型,使用全局响应面优化算法,以车身质量最小为优化目标,选取车身弯扭刚度、一阶固有频率、正碰B柱加速度峰值作为约束指标,对车身进行轻量化多学科优化设计,并对优化前后车身的基本性能进行对比分析。结果表明优化后的车身结构在刚度、模态以及正碰等方面的性能均有所提高,车身减重5.13kg,车身轻量化系数降低了19.2%,轻量化效果明显,充分验证了本文建立的车身轻量化多学科优化设计方法的有效性。
【学位授予单位】：湖北汽车工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72;U463.831
【图文】：
汽车 CO2及各种污染物的排放，是全球应对能源和环境问题最重要的举措之来，在国家政策的引导下，作为新能源汽车的重要组成部分，电动汽车被逐展起来。我国政府在 2015 年发布的《中国制造 2025》、2016 年发布的投资十三五”国家战略性新兴产业发展规划等各项政策中，均将新能源汽车确展产业。2017 年，我国新能源汽车销量达到 77.7 万辆，累计保有量达到 160数据均占到全球的 50%[2]，成为全球最大的新能源汽车市场。在取得巨大突电动汽车的安全性也上升到了一个前所未有的高度，与传统汽车相比，电动安全性具有其特殊的一面，主要体现在：大质量车载电源的存在对电动汽车出了更严格的要求；动力电池的高压系统存在潜在的触电和起火等隐患[3]。交通事故调查显示，在碰撞事故中汽车不同部位发生碰撞的概率不同，如图车正面碰撞的概率大约占碰撞事故总数的 56%，目前电动汽车的安全性问制约其发展的重要因素，对电动汽车的正面碰撞安全性进行研究具有重要的
而且优化结果的可靠性得到了保证。一般针对复杂系统性的工程问题进行多学科优化设计时的基本流程如图2.1 所示。2.1 试验设计方法试验设计（Design of experiments）是以概率论与数理统计为理论基础，研究输入变量与输出响应之间关系的一种设计方法[31]。有效的科学试验必须结合科学的方法进行设计，获得能反映设计空间特性的有限个样本点，然后寻找影响试验指标的可能因素，通过分析得到理想的试验结果以及科学的结论。利用试验设计方法有效地对科学试验进行设计主要包括试验计划、试验过程以及结果分析三个阶段。首先在试验计划阶段，需要确定研究的响应以及对响应会产生影响的因素，提取因素的水平，设计试验方案并生成试验矩阵；其次在试验过程阶段即按照设计的试验矩阵去运行，从而得到所需的样本点；最后对试验设计所得到的主效应图、相
图 2.2 正交试验点的空间分布计Central Composite Design，CCD）方关系进行评估的试验中，可以模拟响简单、试验次数少、预测性能好等特心组合设计需要的试验次数服从以下的全因子试验+2k 次的星点设计+nc次计对三因素三水平的试验进行研究，.3 所示；
本文编号：2765849
【学位授予单位】：湖北汽车工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72;U463.831
【图文】：
汽车 CO2及各种污染物的排放，是全球应对能源和环境问题最重要的举措之来，在国家政策的引导下，作为新能源汽车的重要组成部分，电动汽车被逐展起来。我国政府在 2015 年发布的《中国制造 2025》、2016 年发布的投资十三五”国家战略性新兴产业发展规划等各项政策中，均将新能源汽车确展产业。2017 年，我国新能源汽车销量达到 77.7 万辆，累计保有量达到 160数据均占到全球的 50%[2]，成为全球最大的新能源汽车市场。在取得巨大突电动汽车的安全性也上升到了一个前所未有的高度，与传统汽车相比，电动安全性具有其特殊的一面，主要体现在：大质量车载电源的存在对电动汽车出了更严格的要求；动力电池的高压系统存在潜在的触电和起火等隐患[3]。交通事故调查显示，在碰撞事故中汽车不同部位发生碰撞的概率不同，如图车正面碰撞的概率大约占碰撞事故总数的 56%，目前电动汽车的安全性问制约其发展的重要因素，对电动汽车的正面碰撞安全性进行研究具有重要的
而且优化结果的可靠性得到了保证。一般针对复杂系统性的工程问题进行多学科优化设计时的基本流程如图2.1 所示。2.1 试验设计方法试验设计（Design of experiments）是以概率论与数理统计为理论基础，研究输入变量与输出响应之间关系的一种设计方法[31]。有效的科学试验必须结合科学的方法进行设计，获得能反映设计空间特性的有限个样本点，然后寻找影响试验指标的可能因素，通过分析得到理想的试验结果以及科学的结论。利用试验设计方法有效地对科学试验进行设计主要包括试验计划、试验过程以及结果分析三个阶段。首先在试验计划阶段，需要确定研究的响应以及对响应会产生影响的因素，提取因素的水平，设计试验方案并生成试验矩阵；其次在试验过程阶段即按照设计的试验矩阵去运行，从而得到所需的样本点；最后对试验设计所得到的主效应图、相
图 2.2 正交试验点的空间分布计Central Composite Design，CCD）方关系进行评估的试验中，可以模拟响简单、试验次数少、预测性能好等特心组合设计需要的试验次数服从以下的全因子试验+2k 次的星点设计+nc次计对三因素三水平的试验进行研究，.3 所示；
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
1 叶拓;王冠;姚再起;李落星;;汽车用6xxx系铝合金薄壁件的韧性断裂行为[J];中国有色金属学报;2014年04期
2 李铁柱;李光耀;顾纪超;董立强;;汽车乘员舱安全性与舒适性多学科设计优化[J];机械工程学报;2012年02期
3 王国春;成艾国;顾纪超;宋凯;钟志华;;基于混合近似模型的汽车正面碰撞耐撞性优化设计[J];中国机械工程;2011年17期
4 王大志;于成祥;;微型电动汽车正面碰撞结构耐撞性设计[J];汽车安全与节能学报;2010年01期
5 扶原放;金达锋;乔蔚炜;;多工况下微型电动车车身结构拓扑优化设计[J];机械设计;2010年02期
6 张勇;李光耀;孙光永;韩旭;;多学科设计优化在整车轻量化设计中的应用研究[J];中国机械工程;2008年07期
本文编号：2765849
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