基于多學(xué)科優(yōu)化的純電動(dòng)汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、本文源自國(guó)家自然科學(xué)基金（No.51305314）及校企合作項(xiàng)目，基于多學(xué)科優(yōu)化方法，提出了優(yōu)化純電動(dòng)汽車（BEV）車身結(jié)構(gòu)的正向設(shè)計(jì)方法。BEV具有零污染、低噪聲、能效高等優(yōu)點(diǎn)，有利于節(jié)能減排。白車身作為BEV主要承載結(jié)構(gòu)，其輕量化有助于整車輕量化和續(xù)航能力增加。當(dāng)前，BEV研發(fā)存在如下問題：①多數(shù)車身仍沿用傳統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)，僅置換動(dòng)力系統(tǒng)，這將導(dǎo)致車身剛強(qiáng)度不足、質(zhì)量增加、固有頻率較低等問題；②電池比功率低致使整車質(zhì)量過大，導(dǎo)致耗能增加

2、、續(xù)駛里程縮短。所以，設(shè)計(jì)與BEV動(dòng)力系統(tǒng)相匹配的輕量化車身結(jié)構(gòu)，已成為BEV研發(fā)的重要課題。本文主要工作如下：
　?、訇U述了車身設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展：包括汽車輕量化和多學(xué)科優(yōu)化方法；現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)開發(fā)方法；車身靜態(tài)剛強(qiáng)度分析；優(yōu)化方法及所需軟件。
　?、谔岢隽藘?yōu)化BEV白車身結(jié)構(gòu)的正向設(shè)計(jì)方法：基于BEV的總布置參數(shù)，確定白車身拓?fù)湓O(shè)計(jì)空間和質(zhì)量塊載荷加載方法；基于汽車動(dòng)力學(xué)理論，在Admas軟件中構(gòu)建了BEV動(dòng)力學(xué)仿真模型

3、，并提取車身接附點(diǎn)載荷。
　?、刍诙鄬W(xué)科優(yōu)化對(duì)白車身進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化：采用結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論與折衷規(guī)劃法，構(gòu)建了白車身拓?fù)鋬?yōu)化有限元模型；運(yùn)用Optistruct優(yōu)化模塊，建立了考慮BIW多工況剛度和模態(tài)頻率的靜態(tài)-動(dòng)態(tài)聯(lián)合優(yōu)化函數(shù)，仿真并輸出了最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
　?、芑陧憫?yīng)面的多學(xué)科優(yōu)化對(duì)白車身作了尺寸優(yōu)化：采用有限元分析了白車身初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行了板厚靈敏度分析以篩選設(shè)計(jì)變量；基于最優(yōu)拉丁方試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)；基于iSIG

4、HT，建立了白車身各響應(yīng)多項(xiàng)式響應(yīng)面近似模型，驗(yàn)證了其精度；并建立了以白車身板厚為變量，模態(tài)頻率和彎扭剛度為約束，質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)的多學(xué)科優(yōu)化數(shù)模，運(yùn)用多島遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化；并驗(yàn)證和分析了優(yōu)化結(jié)果。優(yōu)化結(jié)果：白車身質(zhì)量微增加了1.34％，但一階扭轉(zhuǎn)和彎曲頻率分別增加了2.74%、1.70%，彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度分別提高了11.71%、4.94%，輕量化系數(shù)降低了4.12%。
　　工程實(shí)例優(yōu)化表明：將多學(xué)科優(yōu)化用于BEV白車身結(jié)構(gòu)設(shè)