纯电动汽车铝合金轻量化连接技术

汽车轻量化,是指从汽车整体的安全性能和车身结构强度出发,尽可能减轻汽车车身重量,从而达到提高整车性能、增加续航里程的目的。作为新能源汽车未来的发展方向,纯电动汽车在生产制造中的轻量化研究迫在眉睫。文章主要阐述了以铝合金为代表的轻量化材料在纯电动汽车上的应用,并介绍了几种新型连接技术的特点,以对国内纯电动汽车轻量化研究提供有益借鉴。     

电动汽车动力电池的支撑结构轻量化设计研究

以某量产电动汽车为例,在保证车身与动力电池连接处的疲劳强度和整车安全性能的前提下,以车身结构质量的最小化为目标,优化车身的动力电池框架支撑结构,从而实现车身结构的轻量化。该电池框架支撑结构的质量为原来结构的50%,满足疲劳强度和安全性能要求。     

基于侧面碰撞安全性的电动汽车车身结构件轻量化设计

为实现某纯电动汽车车身结构件的轻量化设计,在保证其电池包挤压及连接安全的前提下,通过安装电池包前、后侧面碰撞过程传力特点及结构件变形模式的对比,选出对性能影响较大的结构件,采用灵敏度及主效应分析法确定了所选结构件的材料。选取精度较高的近似模型,采用多目标遗传算法进行优化,以厚度为设计变量、车门最大侵入量和质量为优化目标、门槛侵入量等为约束条件,获得了最优轻量化方案。     

基于组合优化策略的白车身轻量化设计

以某SUV车型为研究对象,对白车身进行轻量化设计。建立了整车有限元模型,选取关键零件的板厚作为设计变量,以整车模态、刚度、NVH及碰撞性能为优化约束条件,以质量为目标,建立各项性能指标的径向基神经网络近似模型,采用多岛遗传算法及山单纯型法相结合的优化策略对白车身进行多学科联合优化,在保证各项性能满足要求的前提下,使白车身重量降低了9.7kg。     

纯电动汽车车身设计关键技术综述

为了阐明纯电动汽车车身设计的关键技术,探讨了纯电动汽车车身设计的难点和对应的解决措施。首先从纯电动汽车与传统燃油汽车搭载的重要零部件角度出发,揭示纯电动汽车与燃油汽车的不同点,然后阐述纯电动汽车车身设计区别于燃油汽车车身设计的困难点,进一步对每项难点给出纯电动汽车车身结构设计的解决措施,包括车身底板梁系架构完整连续设计、侧面柱碰撞的结构耐撞性设计、车身前后悬架安装点设计、车身防水设计、铝合金车身设计、整车换电锁止技术和动力总成悬置技术。综上分析表明掌握这些关键技术,纯电动汽车车身结构设计易于达成预期目标。     

某电动汽车白车身模态实验及其动态特性评价

为评价某电动汽车车身的动态特性,搭建了白车身模态分析实验平台,建立了该白车身几何模型,测试了共计268个测点的频率响应函数,对其进行了实验模态分析,得到了前三阶模态的固有频率和振型,通过与设计目标对比发现该白车身动态特性符合设计要求。     

基于正面碰撞安全性的增程式纯电动汽车车身轻量化研究

以增程式纯电动汽车为研究对象,在保证其正面碰撞安全性的前提下,对其车身与关键零部件进行轻量化设计,设定了优化目标函数。对整车一阶模态对主要零部件厚度的敏感性进行分析,选取对于一阶模态影响较大的车身零部件进行轻量化设计,并建立车辆正面碰撞有限元仿真模型。通过对比轻量化设计前后白车身的弯曲模态和扭转模态,预测轻量化设计后的增程式纯电动汽车的正面碰撞安全性能。经实车碰撞试验,验证了轻量化设计后的增程式纯电动汽车具有良好的正面碰撞安全性,轻量化水平在同类车型中处于中等水平。     

电动汽车全参数化车身平台化与模块化建模及性能带宽研究

为解决概念设计阶段电动汽车开发周期长等问题,基于隐式参数化方法提出一种电动汽车全参数化车身的平台化与模块化建模策略。首先将车身结构分解为上车体结构与下车体结构,根据设计要求对上下车体各自进行区域划分,定义各区域关键平台化衍生尺寸并进行基线总布置,形成平台化建模策略;然后基于平台化建模对下车体进行功能性模块划分,对上车体进行匹配性模块划分,分别进行参数化建模,形成模块化建模策略;最终建立了某款电动汽车车身的全参数化模型。结果表明,建模策略可实现不同车型的快速衍生,并且根据性能带宽规律,探究了轮距、轴距、车高、前端长度以及后端长度变化对刚度和模态性能的影响,有助于实现基于性能驱动的电动汽车车身与电池包的短周期开发。     

基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化

本文旨在进行基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化。首先建立隐式参数化封闭白车身模型,以快速实现有限元模型的变化与更新。进而对生成的有限元模型进行模块化设置。结合参数化模型和模块化设置实现了封闭白车身后台全自动运算的功能。以封闭白车身质量最小、扭转刚度最大为目标,车身1阶弯曲模态、弯曲刚度和弯扭工况强度为约束,板件厚度、主断面位置和主断面形状等54个参数为设计变量,采用NSGA-Ⅱ算法,对封闭白车身进行轻量化多目标优化。优化算法根据性能梯度变化和相应的搜索功能实现了"分析驱动设计"的理念。优化结果表明,封闭白车身质量降低32.41kg,轻量化率达7.63%。除白车身静态弯曲刚度降低0.74%之外,其他性能均得到提升,最大的改善率为2.69%。     

基于SIMP理论的电动汽车车身多目标拓扑优化

为在电动汽车车身概念设计阶段得到合理的承载结构,综合考虑静动态特性,进行了多目标拓扑优化.基于带惩罚的实体各向同性材料(SIMP)理论,采用折衷规划法定义静态多工况目标函数,用平均频率法定义动态振动频率目标函数,并通过对各目标函数归一化消除其数量级差异;利用优化准则法更新设计变量进行优化迭代,得到同时满足静态刚度和动态振动频率要求的电动汽车车身拓扑结构.     

某小型电动汽车复合材料夹层地板结构抗弯性能分析与改进

当前大多车身轻量化设计均围绕着白车身非结构件进行,为进一步达到轻量化的目的,提出一种碳纤维/环氧树脂与硬质PVC泡沫复合的新型夹层结构,并应用于某小型电动汽车地板。根据复合材料层合板理论建立有限元模型,并对其进行抗弯特性分析。在原方案基础上提出抗弯特性结构优化方案,提高了汽车地板抗弯性能,达到弯曲刚度目标设定。通过阶梯式结构设计进一步减轻地板质量,并分析了地板抗冲击性能,为复合材料在汽车结构件上的应用提供了参考。     

汽车车身轻量化研究和创新应用

轻量化是汽车节能减排的重要技术路径,车身轻量化相比其它性价比更高。文章探索了车身轻量化的技术路线,该技术路线通过轻量化设计、轻量化材料和轻量化工艺来实现。通过此方法的研究并在实际项目中得以应用,实现了在满足性能要求的情况下降低车身重量的目的,使车身轻量化技术水平和车身开发能力得到提升。     

静态性能驱动的车身框架关键截面设计

通过隐式参数化软件SFE CONCEPT进行车身框架结构的参数化建模,针对车身全参数正向设计进行性能驱动车身框架关键截面形状设计方法的研究。利用多学科设计优化软件iSIGHT集成SFE CONCEPT、求解器NASTRAN及数据处理器Matlab,建立优化集成系统平台,以实现产品开发过程优化的快速化及自动化。以门槛梁截面形状的优化设计为例,通过离散化的方法将优化问题转化成离散点位置的最优组合。优化过程以质量最小为优化目标,刚度值为约束条件,采用最优拉丁超立方试验设计和模拟退火算法,实现静态性能驱动车身框架关键截面的设计。     

白车身轻量化技术与实践

轻量化是汽车开发中的一项重要性能指标,是汽车节能减排的有效手段,整车重量构成中车身重量的比例较高,对整车轻量化有重要的意义。在车辆平台化开发过程中,将车身轻量化设计理念融入平台项目开发的全流程中,通过轻量化材料、轻量化工艺和轻量化结构的技术路线,应用参数化建模、参数化优化、拓扑优化、断面优化、成型性和材料利用率优化等虚拟产品开发技术,结合多学科多性能的轻量化协同优化设计,充分兼顾刚度强度等性能,兼顾布置、造型、装配、工艺、成本等需求,达到了更优的白车身全局平衡,最终实现了五星安全车身、超高刚性车身,达到了比肩全铝车身的轻量化系数水平,同时实现了高车身材料利用率、低研发费用、低整车成本,并在平台化的车型开发中形成轻量化车身开发流程和性能评价体系。     

基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计

为了在满足性能要求的前提下有效降低纯电动大客车车身骨架结构质量,减少客车行驶阻力,节省电耗、提高续航里程,进而提升整车的性能品质和市场竞争力,对客车车身骨架进行了轻量化多目标优化设计。建立了某纯电动大客车车身骨架结构的有限元模型,以客车车身骨架总柔度最小为目标,设计区域的体积为约束条件,设计区域各单元的相对密度作为设计变量,对车身结构的车顶骨架、车底骨架和左右侧围骨架进行了拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果提取出了大客车车身骨架的拓扑结构。通过相对灵敏度分析,从21个设计变量中确定出13个对车身骨架性能不敏感但对减重较敏感的设计变量,然后以车身骨架质量M最小、一阶扭转频率Ft和弯曲频率Fb最大作为目标,以弯曲和扭转工况下车身骨架结构的静柔度Cb和Ct小于给定值作为约束条件,以相对灵敏度分析确定出的13个壁厚参数作为设计变量,用尺寸优化方法和多目标遗传算法(MOGA)对大客车车身骨架结构进行了轻量化优化设计,并在4种典型工况下对优化前后的大客车车身骨架结构的静、动态性能进行了分析对比。结果表明:所建立的纯电动大客车车身骨架拓扑优化方法、相对灵敏度分析方法与轻量化多目标优化设计方法有效,在满足大客车车身骨架结构性能要求的前提下,实现减重303kg,减重率为11%,轻量化效果显著。     

江淮汽车车身材料应用设计简述

汽车车身包含白车身及四门两盖,在不降低性能的前提下,综合考虑轻质材料、结构优化和先进工艺,同时兼顾车身性能、重量和成本三个因素,建立起轻量化节能技术平台,为达到降低油耗目标提供有效的技术平台。文章介绍了钢质车身中涉及到的轻量化、安全性及防腐设计。     

基于改进图分解法的多材料车身结构优化设计方法

针对概念设计阶段的车身结构轻量化设计,提出了一种可实现车身多材料结构设计的分层迭代优化方法。该优化方法的设计变量中,除常见的板厚、材料外,还包括装配设计中的拓扑连接,以实现“将合适的材料用在合适的部位”的要求。分层迭代优化的第1层以拓扑连接为设计变量,采用图分解和NSGA-II对车身装配拓扑结构进行多目标优化,最大化车身弯扭刚度和1阶固有频率;第2层对板厚和材料进行多目标优化,最小化车身质量和材料成本。最终采用基于模糊集合的评分公式选定综合最优解,实现了考虑成本的车身结构轻量化设计。     

轿车白车身重量目标设定方法

文章探讨了影响轿车白车身重量的因素,包括总质量,车身扭转刚度,长、宽、高等尺寸参数,并通过最佳子集回归分析找到影响轿车白车身主要因素。最后,基于多元线性回归分析,研究最佳影响因素与白车身重量间的关系,并推导出一种用于轿车白车身重量目标设定方法,为项目研发过程中车身重量目标的开发设定提供重要参考。     

纯电动汽车车身结构特点分析与研究

为了区分纯电动汽车与传统燃油汽车车身之间的不同点，对电动汽车车身结构特点进行了研究。从电动汽车与 传统燃油汽车搭载的不同重要零部件的角度出发，电动汽车安装有电机、动力电池、控制器等主要零部件，传统燃油汽车安装有发动机、排气管、燃油箱等主要零部件，总结出电动汽车车身结构特点。电动汽车乘客舱高度尺寸高于燃油汽车，前后悬架尺寸短，车身前纵梁位置可以偏低些，车身底板骨架方案不同于燃油汽车，车身前后悬架固定点强度高于同级别的燃油汽车，碰撞安全策略不同于燃油汽车，快慢充电口多布置在车身前部。实际验证也表明，按此方案设计的纯电 动汽车车身结构较为合理，相对拥有较高的性能。     

一种基于IIHS偏置碰的创新型电动汽车车身设计

某车型美版电动汽车是在其国内版车身的基础上开发设计,相对原车型,新的车身设计主要存在以下两大技术难点:1.电池包等新能源高压零部件部件的安装,不仅增加了整车重量,还占据大量的结构空间,使的碰撞向后的传力路径设计受限,严重增大设计难度;2.美国作为汽车强国,其相关碰撞标准法规完善,工况及评价标准非常严苛,显著高于国内碰撞安全法规,其中尤以美国高速公路协会的IIHS评价为甚。文章结合计算机辅助仿真技术,通过对车身结构的创新规划设计,特别是一种新型闭环梁的设计,设计出一款可以获得美国IIHS偏置碰车身结构GOOD评价的纯电动车身。