纯电动汽车动力电池箱总成布置分析及优化

摘要

电动汽车因其排放低、噪声小、能量利用率高及能量来源广正成为汽车领域的新方向。但考虑开发成本，目前电动汽车的开发还是以基于原燃油车进行电气化改装为主。电池技术的受限，使得电池的能量比比传统燃油低很多，从而导致电池箱重量占整车质量比重大，进而使基于传统车辆开发的电动车整车操纵稳定性、乘坐舒适性较差。因此对于改装电动汽车动力电池箱总成对整车动力学性能以及底盘动态刚度的影响研究是在电动汽车开发中不容忽视的工作。
　　本文以项目组正在开发的一款换电纯电动汽车为研究对象，对动力电池箱总成对整车的操纵稳定性及底盘动态刚度的影响开展了研究。该款纯电动汽车由一传统商务车型改装而来，根据整车性能要求提出了换电电动汽车的底盘布置方案，设计了动力电池箱结构，并对典型工况下的动力电池箱结构的静态性能进行了分析。根据电动汽车的整体布置，对整车操纵稳定性开展了研究，基于多体动力学理论和ADAMS/CAR，分别建立了原传统版及电动版的整车刚弹耦合多体动力学模型。在此过程中对纵臂扭转梁后悬架基于HyperMesh建立了有限元模型，进行了自由模态分析，并得到了纵臂扭转梁柔性体 MNF中性文件，进而建立了刚柔耦合扭转梁后悬架动力学模型，然后根据各总成参数建立了其他刚性子系统：前麦弗逊独立悬架、防倾杆、齿轮齿条转向系、轮胎子系统、动力子系统、车身子系统、电池箱子系统。按照国家标准对改装前后的车辆模型分别进行了转向盘角阶跃试验、转向盘角脉冲试验、稳态回转试验、蛇形试验，并进行了对比分析。针对改装过程中结构因素的改变，本文对结构因素对整车操纵稳定性的影响进行了分析，包括质心前后位置、上下位置、载荷。应用ADAMS/Insight基于操纵稳定性对动力电池箱总成布置位置进行了优化，确定了电池箱布置位置。
　　最后采用有限元法对底盘动态刚度进行了分析，把电池箱作为柔性体来研究其对底盘动态刚度的影响。分析了改装前后底盘模态的变化及电池箱连接机构数量对底盘动态刚度的影响，并基于底盘动态刚度性能优化了电池箱连接点布置位置。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 电动汽车发展及现状

1.3 电动汽车底盘布置方案综述

1.4 本文研究内容

第2章 电动汽车底盘布置方案及电池箱结构设计

2.1 引言

2.2 电动汽车整车性能要求及技术路线

2.3 车辆操纵稳定性影响因素分析

2.4 底盘布置方案设计

2.5 电池箱结构设计与初步分析

2.6 本章小结

第3章 整车刚柔耦合仿真模型的建立

3.1 引言

3.2 ADAMS/Car及建模准备

3.3 麦弗逊前悬架模型的建立

3.4 扭转梁后悬架刚柔耦合模型的建立

3.5 其他子系统动力学模型的建立

3.6 整车仿真模型的建立

3.7 本章小结

第4章 操纵稳定性分析及电池箱位置优化

4.1 引言

4.2 改装前后整车操纵稳定性对比分析

4.3 电动汽车操纵稳定性影响因素分析

4.4 基于操纵稳定性的电池箱布置优化

4.5 本章小结

第5章 底盘动态刚度分析及连接布置优化

5.1 引言

5.2 底盘有限元建模

5.3电池箱对底盘动态刚度影响分析

5.4 连接点数量对底盘动态刚度的影响分析

5.5 电池箱连接点位置优化

5.6 本章小结

结论

参考文献

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