某型纯电动轿车碰撞安全优化设计方法及应用研究

摘要

纯电动轿车已成为汽车产业的重要发展方向，由此带来的诸多道路交通事故对其安全性能提出了越来越严格的要求。车身结构作为影响汽车碰撞安全的重要因素，其耐撞性能的好坏直接关系到车内乘员的伤害程度，故针对其进行优化设计具有重要价值。然而，传统的确定性优化设计仅将设计变量视为固定值，并未考虑到设计变量的不确定性带来的影响。当工程实际中的大量不确定性因素导致设计变量产生波动时，所获得的确定性优化方案通常无法得到保障，因此需要进行不确定优化设计。基于上述原因，本文采用确定性优化设计及不确定性优化设计（包含可靠性优化设计、稳健性优化设计）方法，对某纯电动轿车的碰撞安全性能进行优化。
　　本文首先对车身结构耐撞性的研究现状进行了分析，随后建立了某纯电动轿车40％前部偏置碰撞的仿真模型，并对该模型进行了试验验证。结果表明:仿真结果与试验结果的吻合程度较高，可以使用该模型代替实车试验进行优化设计。
　　在所建立的仿真模型的基础上，本文进行了结构耐撞性的确定性优化设计。为了提升近似模型的预测精度，本文使用最小二乘支持向量回归(Least squares support vector regression，LSSVR)模型来拟合设计变量与输出响应之问的关系，同时使用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)来优化LSSVR模型的参数。随后，本文使用非支配排序遗传算法Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ)进行优化设计，优化结果表明:相比于初始设计，关键件的质量降低了10.44％，吸能提升了3.84％，同时车身的峰值减速度和防火墙侵入量也满足了设计要求。
　　基于确定性优化方案，本文进一步讨论了设计变量的不确定性对优化结果的影响。为了提升系统的可靠性及稳健性，本文采用可靠性优化及稳健性优化方法对该轿车的车身结构进行不确定性优化设计。通过比较不同的可靠度/稳健度要求以及不同类型的稳健性优化模型所获得的设计方案，本文从中选择出最适宜作为工程应用的最优解，并通过有限元仿真对其进行了验证。结果表明:虽然相比于确定性设计，不确定性设计在优化目标上略有下降，但优化后的车身性能依然能够满足工程开发需求，同时系统的可靠性和稳健性也有效地得到了保障。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与研究意义

1．2 课题在国内外的研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 汽车前部偏置碰撞测试工况

1．4 本文主要研究内容

第二章 汽车结构耐撞性优化问题的理论基础

2．1 概述

2．2 试验设计

2．2．1 全因子试验设计

2．2．2 正交试验设计

2．2．3 拉丁超立方设计和最优拉丁超立方设计

2．3 近似模型及精度评估方法

2．3．1 克里格模型

2．3．2 径向基函数模型

2．3．3 组合近似模型

2．3．4 支持向量回归

2．3．5 近似模型精度评估

2．4 优化算法

2．4．1 粒子群算法

2．4．2 NSGA-II算法

2．5．1 确定性优化问题

2．5．2 可靠性优化问题

2．5．3 稳健性优化问题

2．5．4 最小距离选解法

2．6 蒙特卡洛模拟

2．7 本章小结

第三章 某型纯电动轿车的仿真建模及试验验证

3．1 概述

3．2 整车有限元模型的组成

3．3 整车有限元模型的搭建过程及注意事项

3．3．1 仿真模型的搭建过程

3．3．2 仿真模型搭建的注意事项

3．4 整车有限元模型的试验验证

3．5 本章小结

第四章 某型纯电动轿车结构耐撞性的确定性优化设计

4．1 概述

4．2 优化前期准备工作

4．2．1 设计变量及输出响应的选取

4．2．2 试验设计及样本点仿真计算

4．2．3 PSO-LSSVR近似模型的构建

4．3 确定性优化设计流程

4．4 本章小结

第五章 某型纯电动轿车结构耐撞性的不确定性优化设计

5．1 概述

5．2 设计变量的不确定性对优化结果的影响

5．3 可靠性优化设计

5．4 稳健性优化设计

5．4．1 2σ稳健性优化设计

5．4．2 3σ稳健性优化设计

5．4．3 6σ稳健性优化设计

5．5 优化结果的仿真验证

5．6 本章小结

第六章 全文总结与工作展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况