微型可折叠电动汽车车架构型与模块化设计研究

摘要

针对微型电动汽车车身在轻量化方面的局限，通过分析现有可折叠车型在折叠原理和整车质量等方面的不足，基于轻量化和模块化设计思路，提出了微型可折叠电动汽车的车架构型，并依据折叠式车架建立了风冷电池箱散热模型。本文的主要研究内容如下： （1）构型了具有高折叠效率的连杆式折叠机构，建立了折叠机构的三维模型；针对折叠效率偏低问题，建立车架折叠长度单目标优化模型，将折叠效率提升至32.9%，并在此基础上提出微型可折叠电动汽车的整车折叠方案。 （2）完成乘员舱骨架结构、前后车架及整车车架建模；使用基于测试函数可靠性验证的罚函数粒子群算法对车架折叠长度、车架质量和车架空间三个方面进行多目标优化，仿真结果表明车架折叠效率进一步增大为37.0%，前后车架的有效空间由优化前的156.8dm3增大为158.9dm3，车架整体质量减小9.3%；在优化后车架模型的基础上对车架进行模态及动力学仿真分析，初步验证车架设计的合理性，并对主要受力构件曲柄进行了结构优化。 （3）基于圆柱形电池单体叉排排列方式，建立风冷电池箱模型，对电池箱进行风冷散热仿真；对影响散热的电池单体横向间距、电池单体纵向间距、入口风速和壁面形状四种因素进行分组仿真，结果表明增加电池单体纵向间距、增大入口风速和采用曲面型壁面均可以改善电池模块的散热，并在此基础上提出了电池箱的优化散热方案。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 汽车轻量化

1.3 汽车模块化设计

1.4 研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 可折叠车架构型设计

2.1 典型可折叠车型分析

2.2 折叠机构构型设计

2.3 整车车架折叠长度优化

2.3.1 整车车架平面模型

2.3.2 设计变量

2.3.3 目标函数

2.3.4 约束条件

2.3.5 求解结果与分析

2.4 整车构型设计

2.5 本章小结

3 整车车架尺寸多目标优化

3.1 整车车架建模

3.1.1 乘员舱骨架结构

3.1.2 前后车架模块设计

3.1.3 整车车架

3.2 整车车架多目标优化模型

3.2.1 设计变量

3.2.2 满意度函数

3.2.3 约束条件

3.3 基于粒子群算法的车架多目标尺寸优化

3.3.1 粒子群算法求解流程

3.3.2 粒子群算法的可靠性验证

3.3.3 车架结构优化结果与分析

3.4 整车车架模态与动力学分析

3.4.1 模态分析

3.4.2 动力学仿真

3.5 曲柄结构优化

3.6 本章小结

4 风冷电池箱结构优化设计

4.1 电池热分析基础

4.1.1 电池热模型

4.1.2 传热学基础

4.2 电池模块设计

4.2.1 单体电池排列方式

4.2.2 电池模块主要附件设计

4.2.3 电池模块及电池箱建模

4.3 电池箱建模与仿真分析

4.3.1 电池单体模型及物性参数

4.3.2 网格划分

4.3.3 仿真参数及边界条件设置

4.3.4 仿真结果分析

4.4 电池箱散热影响因素研究

4.4.1 横向间距的影响

4.4.2 纵向间距的影响

4.4.3 入口风速的影响

4.4.4 壁面形状的影响

4.5 电池箱散热优化

4.5.1 优化方案仿真条件设置

4.5.2 初始方案与优化方案仿真结果对比

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

附录

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果