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原文传递电动汽车车身与电池包CAE仿真分析与多学科优化设计

论文题名：	电动汽车车身与电池包CAE仿真分析与多学科优化设计
关键词：	电动汽车车身;电池包;CAE仿真分析;多学科优化设计
摘要：	发展新能源汽车是我国汽车产业发展的必经之路。“十四五”新能源汽车重点专项的战略目标是电动化、轻量化、智能化。战略规划是以电动化为核心，将轻量化、智能化与其相结合，与之相关的电动汽车车身和电池包结构优化设计则成为未来新能源汽车领域的研究重点及热点。电动汽车相比传统燃油汽车而言，取消了发动机、变速箱、传动机构等，增加了电池包，电动汽车的车身架构相对传统燃油汽车发生了很大变化。目前有关电动汽车车身与电池包的CAE分析方法与评价标准，尚未形成统一的行业标准，亟需建立一套合理完善的评价标准体系指导电动汽车车身与电池包的碰撞安全性设计。　　本文将模块化建模的思想引入到实际建模的工作中，提出了适用于纯电动汽车的平台化与模块化建模策略，运用隐式参数化建模技术建立了一款纯电动汽车的CAD/CAE一体化全参数化模型，并探究了车高、轴距、轮距、前悬和后悬的变化对扭转刚度、一阶弯曲模态、一阶扭转模态和前端横摆模态的影响。同时对车身整体的刚度、模态，整车的侧面可移动变形壁障碰撞、侧面柱碰工况进行分析，确定了电动汽车车身与电池包的CAE分析方法和评价标准，建立了两个侧面碰撞工况的高精度简化模型，并基于高精度等效侧面碰撞模型对车身与电池包进行了多学科优化，在保证各项性能指标的基础上达到了轻量化的效果。本文的研究工作和创新性成果主要体现在：　　（1）建立了电动汽车车身与电池包的性能评价指标。在刚度与模态各工况的CAE分析与评价方面，对不带电池包的白车身模型与带电池包的耦合车身模型在弯曲刚度、扭转刚度和模态各工况中的性能进行分析，通过对比两模型的刚度曲线与模态结果，确定了刚度和模态各工况的评价指标。在整车耐撞性CAE分析与评价方面，通过分析整车侧面碰撞过程确定了AE-MDB侧面碰撞与侧面柱碰两个工况的评价指标。　　（2）构建了整车侧面碰撞工况下的高精度等效碰撞子模型，解决了整车碰撞仿真精度与计算时长之间的矛盾。按照动量变化量分析、关键部件选取、模型配重的步骤建立了AE-MDB侧面碰撞工况下被撞车的高精度等效模型，按照吸能量分析、关键部件选取、模型配重的步骤建立了侧面柱碰工况下被撞车的高精度等效模型。简化后的模型与详细模型的结果对比表明：本文建立的高精度侧面碰撞等效模型的仿真误差可以控制在5%以内，同时计算效率相对于原始详细模型可以提高49.2%。　　（3）提出了电动汽车全参数化车身与电池包的平台化与模块化建模策略，并制定了建模规范。将纯电动汽车下车体划分为前舱总成、前地板总成和后地板总成，将上车体划分为侧围总成、顶盖总成、天窗总成和玻璃总成，并利用隐式参数化建模软件建立了电动汽车车身的参数化模型。结果表明：本文建立的电动平台可以在满足性能带宽的需求的同时实现不同车型的快速衍生。　　（4）将多学科协同优化的方法应用于车身与电池包的设计优化上。为保证代理模型精度，对不同工况采用不同算法的代理模型并搭建了车身与电池包弯曲刚度、扭转刚度、模态、侧面可移动变形壁障和侧面柱碰的协同优化框架。优化后的白车身在各项性能维持不变的前提下，实现了6.5%的减重。
作者：	龙宜凡
专业：	交通运输工程
导师：	江浩斌;段利斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021