基于正面碰撞安全性的电动汽车前舱结构优化设计

发布时间：2020-10-02 07:24

　　面对全球石油能源短缺,汽车排放大量的尾气严重污染环境的现状,电动汽车以其清洁和使用可再生能源的优势成为当今汽车发展的一个重要方向。由于目前电动汽车研发成本高、周期长等特点,现在大部分企业都是在原有的汽车结构的基础上进行改装或者改制,这将破坏汽车结构的整体性,也将对整车安全性带来隐患。因此,对纯电动汽车结构进行碰撞安全性设计是一项非常值得研究的课题。针对上述问题,本文以国内某款纯电动汽车为研究对象进行前舱结构耐撞性优化设计。构建整车100%正面碰撞和40%偏置碰撞有限元模型,并对模型进行有效性验证。对仿真结果进行分析,以前舱整体压溃变形情况、主要吸能部件的能量吸收情况、车体加速度响应以及前舱结构对前围板的入侵量等耐撞性指标进行研究,获得汽车前舱耐撞性设计的方向和原则。针对汽车前舱结构在正面碰撞工况中耐撞性能不佳,采用动态拓扑优化方法对其整体结构进行动态拓扑优化。根据动态拓扑优化结果中前舱结构材料分布形式,提取前纵梁的拓扑优化构型,并对前纵梁进行几何尺寸优化,同时结合薄壁梁的压溃理论对前纵梁进行工程设计。然后以前纵梁结构为基础,依次对前舱中的其他部件进行工程设计。最后重新建立整车100%正面碰撞和正面40%偏置碰撞有限元模型,对前舱优化结构进行耐撞性检验,验证该方法的可行性。仿真结果表明:在整车100%正面碰撞过程中,前舱有效吸能空间被更加充分地利用。前纵梁吸收碰撞能量由优化前的13285J提高到优化后的16867.1J,提高了30%,整个前纵梁的吸能效果较优化前有了较大的提升。整车碰撞加速度峰值降低,同时加速度峰值时刻延后,整个碰撞持续过程增加,提高了整车耐撞性能。在整车40%偏置碰撞过程中,整个汽车前舱的压溃变形较优化之前有较大的改善。优化后的保险杠横梁的变形量明显减小,前纵梁的压溃变形量增加。前围板的最大变形处的变形量由优化前的336mm减小为291mm,减小了45mm,减小了对乘员舱的侵入量,降低了对车内乘员生命安全的威胁。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

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工程硕士学位论文型的误差值。表 4.3 基于 RBF 的前纵梁碰撞模型2R 误差变量名误差值吸能量 I 0.95169侵入量 Q 0.94883质量 M 0.99864 4.9 所示为各响应的2R 误差示意图，由图可知，近似模型各响应的R于 1。因而该神经网络近似模型同样可以代替前纵梁碰撞物理模型。

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图 4.11 基于2R 检测所得神经网络模型误差分析柱状图310 330 350 370Predicted4.44.4Actual1.2E71.3E71.4E71.3E7ActualPredicted Predicted1.1E7 1.1E71.5E7Q M I图 4.12 基于2R 检测所得神经网络模型误差分析示意图文采用 RSM 响应面法、径向基 RBF 神经网络方法以及 Kriging 方前纵梁的吸能量 I、侵入量 Q 和质量 M 的近似模型。通过对这几种精度的比较以及从工程上可接受的精度考虑，最终选择了以 RBF 神立的前纵梁碰撞近似模型。

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工程硕士学位论文料屈服极限；v是泊松比； E 是材料弹性模量。横截面的厚宽比(t b )满足不等式(4.20)时，纵梁失稳强度度小，此时纵梁压溃变形模式主要由其横截面的几何特性则变形的区域较大时容易导致弯折变形；反之，当纵梁的满足不等式(4.20)时，纵梁失稳强度要比材料的屈服极限模式主要由其材料特性决定，薄壁梁容易发生稳定的皱褶梁选择合理的材料以及合适的截面厚宽比（）是一种方法。

【参考文献】