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1、基于拓?fù)鋬?yōu)化的電動汽車新概念車身設(shè)計方法研究姜衛(wèi)遠(yuǎn)2015年1月中國分類號：TQ028.1UDC分類號：540基于拓?fù)鋬?yōu)化的電動汽車新概念車身設(shè)計方法研究作者姓名姜衛(wèi)遠(yuǎn)學(xué)院名稱機械與車輛學(xué)院指導(dǎo)老師王文偉副教授答辯委員會主席林程教授申請學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)機械工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月StudyofNewConceptElectricVehicleBodyDesignMethodBasedonTopologyOptimizationCandidateName:WeiyuanJiangSchoolorDepartment:Schoolof
2、MechanicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.WenweiWangChair,ThesisCommittee:Prof.LinChengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要純電動汽車已成為當(dāng)今城市交通發(fā)展的熱點，在電機技術(shù)、電池技術(shù)和能量控制策略日益完善的情況下，如何設(shè)計出
3、符合電動汽車特點、充分發(fā)揮其節(jié)能特點、改善能量利用率的電動汽車車身是重點和難點，也是本文主要的研究方向。展望電動汽車的發(fā)展趨勢，獨立底盤車架、電動輪獨立驅(qū)動、線控技術(shù)等成為未來發(fā)展的方向，本文以電池中置、輪轂電機獨立驅(qū)動的非承載式車身底盤車架為研究對象，采用拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化相結(jié)合的方法，對電動汽車底盤開發(fā)方法和流程進(jìn)行了研究，主要的工作內(nèi)容如下：首先，歸納和總結(jié)了拓?fù)鋬?yōu)化的相關(guān)理論，重點分析了線性拓?fù)鋬?yōu)化和非線性拓?fù)渲g的區(qū)別和聯(lián)系，并根據(jù)不同的工況、針對不同的優(yōu)化目標(biāo)確定了求解數(shù)學(xué)模型。基于碰撞工況的拓?fù)鋬?yōu)化在實踐中尚有一定的局限性，本文在應(yīng)變能密度的基礎(chǔ)上，
4、提出了基于吸能最大化的車身結(jié)構(gòu)中前艙和行李艙拓?fù)鋬?yōu)化方法，并引入了拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型。其次，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)和參考車型建立了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計空間。為了兼顧車架各方面的結(jié)構(gòu)性能，針對單個工況進(jìn)行單目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化。針對線性靜態(tài)工況，以柔度最小為目標(biāo)函數(shù)，約束相應(yīng)節(jié)點的位移和整體的體積分?jǐn)?shù)，完成彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下的拓?fù)鋬?yōu)化分析；針對非線性動態(tài)工況，以內(nèi)能密度均勻化為目標(biāo)，約束相應(yīng)節(jié)點的位移和整體的體積分?jǐn)?shù)，完成正面碰撞和追尾工況下的拓?fù)鋬?yōu)化分析。參考相關(guān)的研究成果，初步確定不同工況之間的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)層次分析法重新設(shè)定工況加權(quán)系數(shù)。對單工況的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行密度篩選，然后將篩選結(jié)果進(jìn)行
5、疊加，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果中材料分布情況，確定有效的載荷傳遞路徑，并綜合考慮制造工藝和承載作用，最終得到底盤車架的桁架式結(jié)構(gòu)。最后，利用多目標(biāo)優(yōu)化的方法綜合考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)和模態(tài)三種工況，對桁架式底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。分析結(jié)果表明，優(yōu)化后底盤結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)輕量化基礎(chǔ)上實現(xiàn)了電動汽車底盤結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計。關(guān)鍵詞：電動汽車；拓?fù)鋬?yōu)化；多目標(biāo)優(yōu)化；概念設(shè)計I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractAtpresent,electricvehicleisahotspotinurbantransportationdevelopment.Whilethemotorsbecomem
6、oreandmorepowerful,latestbatterycapacitygrowsbigger,andenergycontrolstrategytobemoreaccurate,thechallengeinfrontofusbecomeshowtomakeanefficientbodyinwhitesothatitcansaveenergyandhigh-efficiencyinenergyutilization.Basedonthispoint,thepaperwaslaunched.Accordingthedevelopmenttrendofelect
7、ricvehicle,itbecomesclearthatthefutureelectriccarwillhavecharacterssuchas:supportedbyitsownindependentchassis,bedrivenbywheelhubmotors,controlledbywires,etal.Theaimofthispaperistostudyandbuildtheconceptmodelofanindividualchassis,andthemethodsusedincludingtopologyoptimization,sizeoptim
8、izati
