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原文传递 电动汽车侧面碰撞安全性及轻量化的研究
论文题名: 电动汽车侧面碰撞安全性及轻量化的研究
关键词: 电动汽车;侧面碰撞;安全性分析;车身轻量化
摘要: 为了解决环境问题和能源问题,我国正在大力发展电动汽车产业。相比于传统燃油车,电动汽车在碰撞过程中存在特殊性。除考虑碰撞结构变形所引起的乘员伤害外,还需要考虑动力电池在碰撞中受到挤压时起火爆炸、安装点失效等危害。因此,结合碰撞安全及轻量化的要求,对电动汽车产业发展意义重大。
  为了提高某款纯电动汽车侧面碰撞安全,利用有限元软件 LS-DYNA对电动汽车侧面碰撞安全性进行了探讨。通过设置门槛内板位移量及乘员生存空间限值,确定了各碰撞响应的优化目标及约束条件。在此基础上,采用灵敏度分析将影响车身碰撞响应的结构件挑选出来。最后以厚度为设计变量,利用试验设计和近似模型对车身侧面结构件进行轻量化设计。
  通过建立整车侧面碰撞有限元模型,将仿真结果与相应的实车碰撞试验结果进行对比以验证有限元模型的可靠性。基于碰撞仿真结果和实车碰撞数据,对电动汽车碰撞电安全性风险进行分析。结果显示,高压元器件布置于前舱中的方式在侧面碰撞中不会受到直接撞击,不存在漏电风险;动力电池置于门槛内板中间的方式可以有效避免来自侧面的直接撞击,通过增大门槛内板间变形余量可以保证动力电池的安全挤压空间;动力电池及高压元器件在侧面碰撞中位移变化较小可以改善高压线路的拉伸情况,通过改进高压线路在地板中央的连接和布置走向避免了直接挤压。
  之后,对车身结构件进行灵敏度分析及材料优化匹配。通过对比动力电池安装前、后侧面碰撞过程传力特点及结构件变形模式、截面力输出和能量分布特点,初步筛选出13个对侧碰影响较大的关键结构件。通过灵敏度分析,发现单纯提升车身结构件强度对碰撞结果不具有材料越强响应越好的影响。因此通过 Pareto贡献率图及主效应分析最终确定了对侧碰安全响应值影响最为显著的9个结构件的材料。
  最后,本文提出了基于动力电池挤压空间限度与乘员生存空间要求的轻量化设计方法。以上述9个结构件板厚为设计变量,使用拉丁超立方法进行试验设计。以车门最大侵入量和构件质量和为优化目标、门槛内板侵入量等为约束条件,使用 Isight多目标优化软件建立了的三种近似模型。通过对近似模型进行误差分析和精度预测,发现 Kriging模型最适合作为多目标优化问题的替代模型。优化结果表明,动力电池挤压空间和所选构件总质量分别改善了10.8%和8.04%。
作者: 王骞
专业: 机械工程
导师: 刘军;张亚军
授予学位: 硕士
授予学位单位: 宁波大学
学位年度: 2017
正文语种: 中文
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