超短双层同步溃缩碰撞吸能结构构型设计及理论研究

摘要

对节能环保、提升乘用车空间利用率的有着重要意义的微型电动汽车安全性问题亟待迫切解决，本文结合传统车辆吸能结构的薄壁吸能结构研究现状，构型设计了一种适于微型电动车安装空间的超短溃缩行程的焊装式双层吸能结构，并在此基础上探索性地设计了一种轮毂电机驱动的微型电动汽车动力底盘结构。 （1）针对现有汽车碰撞吸能结构研究主要集中在低速区段，为使其性能优化设计与C-NACP要求一致，对三种常见薄壁结构与材料，利用SolidWorks建模并导入LS-DYNA，以吸能效率和峰值应力作为评价指标，加载50 Km/h的初始速度，进行仿真分析，同时，采用正交试验法与全面试验结合的方法，对四个结构参数进行优化设计，研究结果表明：吸能结构的壁厚和长度是吸能特性的显著影响因素，铝合金材质的薄壁矩形结构的吸能效率最高，而峰值应力最低，最适合用作汽车吸能盒，最优的长度为180mm、壁厚为3mm。 （2）构型设计了一种 Q420 与铝合金组合的焊装式双层可同步溃缩的薄壁矩形管状碰撞吸能结构，运用正交试验法编组仿真试验和显著性结构参数分析，并进一步采用最小二乘法推导出焊装式双层薄壁矩形管吸能效率与显著性结构参数理论方程，结果表明：所构型结构吸能效率在85%时，其长度仅为传统单层结构的一半左右；吸能结构的内外层的壁厚与管长是影响其吸能效率的两个显著性因素；对显著性结构参数方程的理论求解和结构综合仿真验证，在一定范围内，绝对误差可小于5%，理论求解方程具有明显的有效性。 （3）以市面上某款微型轿车为参照结合动力性能参数，设计出了逐级溃缩变形的动力底盘结构，续航里程可达到200km以上、最高车速可达90km/h，并进行碰撞仿真过程结果显示：吸能效率最高达到 95%，峰值力降低 10%，加速度峰值低于标准要求的50g，对微型电动汽车产品设计开发具有重大参考意义。

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