纯电动乘用车动力底盘架模块化设计与仿真分析

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专用动力底盘模块化是可显著缓解能源与环境压力的纯电动乘用车发展的关键技术问题,本论文采用拓扑优化与谱系聚类分析相结合的方法对纯电动乘用车开展了模块化设计研究,提出了通用化前后底盘模块与中间模块长短定制化的三段式新型动力底盘模块构型,并通过碰撞安全仿真试验优化了中间模块主承力构件壁厚,同时对中间模块电池箱在自然风冷条件下的紧凑化设计方法进行了探索,主要解决了如下关键技术问题:(1)依独立性原则对纯电动汽车底盘功能分解并建立相关矩阵R,运用谱系聚类法将底盘划分为通用化前后底盘模块与中间模块长短定制化的三段式新构型;以紧凑型车为例,通过等效静态法建立正碰与追尾工况下的底盘拓扑优化模型,根据实际加工装配功能需要并参考相关车型,建立三段式动力底盘模型。(2)依据GB/T 31498-2015对模块化底盘进行正面碰撞仿真实验,中间纵梁厚度4 mm时,碰撞加速度小于50g,中间模块前横梁纵向侵入量最大5.40 mm,纵梁纵向压缩量最大5.72 mm。基于碰撞安全对中间模块纵梁进行轻量化优化,纵梁厚度依次取2、3、2.5 mm,中间模块纵梁纵向压缩量依次是24.52、6.94、9.38mm,前横梁纵向侵入量分别是10.02、5.80、5.95 mm。满足安全性要求下,壁厚可由4 mm降低为2.5 mm,中间模块主纵梁质量减少37.5%。(3)提出一种电池错位阵列复合凹凸箱体壁的电池箱构型,自然风冷却条件下采用热仿真正交试验发现影响散热效果的结构参数主要是入风口直径、列距和边距,通过类比调教函数拟合得到了电池箱布置结构特征尺寸设计式,经验证设计式计算结果与热仿真结果相对误差小于5%,可用作电池箱结构设计参考,联合局部边距尺寸及箱体圆角的优化,最终获得行距25 mm、列矩30 mm、最小边距为15 mm的紧凑化电池箱结构,实现电池工作温度在0~40℃和模块间温差在5℃以下的目标。
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