基于多學科優(yōu)化的純電動汽車車身結構設計.pdf

1、本文源自國家自然科學基金（No.51305314）及校企合作項目，基于多學科優(yōu)化方法，提出了優(yōu)化純電動汽車（BEV）車身結構的正向設計方法。BEV具有零污染、低噪聲、能效高等優(yōu)點，有利于節(jié)能減排。白車身作為BEV主要承載結構，其輕量化有助于整車輕量化和續(xù)航能力增加。當前，BEV研發(fā)存在如下問題：①多數(shù)車身仍沿用傳統(tǒng)車身結構，僅置換動力系統(tǒng)，這將導致車身剛強度不足、質量增加、固有頻率較低等問題；②電池比功率低致使整車質量過大，導致耗能增加

2、、續(xù)駛里程縮短。所以，設計與BEV動力系統(tǒng)相匹配的輕量化車身結構，已成為BEV研發(fā)的重要課題。本文主要工作如下：
　?、訇U述了車身設計的國內外研究進展：包括汽車輕量化和多學科優(yōu)化方法；現(xiàn)代車身結構開發(fā)方法；車身靜態(tài)剛強度分析；優(yōu)化方法及所需軟件。
　　②提出了優(yōu)化BEV白車身結構的正向設計方法：基于BEV的總布置參數(shù)，確定白車身拓撲設計空間和質量塊載荷加載方法；基于汽車動力學理論，在Admas軟件中構建了BEV動力學仿真模型

3、，并提取車身接附點載荷。
　?、刍诙鄬W科優(yōu)化對白車身進行了拓撲優(yōu)化：采用結構拓撲優(yōu)化理論與折衷規(guī)劃法，構建了白車身拓撲優(yōu)化有限元模型；運用Optistruct優(yōu)化模塊，建立了考慮BIW多工況剛度和模態(tài)頻率的靜態(tài)-動態(tài)聯(lián)合優(yōu)化函數(shù)，仿真并輸出了最優(yōu)結構。
　?、芑陧憫娴亩鄬W科優(yōu)化對白車身作了尺寸優(yōu)化：采用有限元分析了白車身初始結構參數(shù)，進行了板厚靈敏度分析以篩選設計變量；基于最優(yōu)拉丁方試驗，設計了樣本點數(shù)據(jù)；基于iSIG

4、HT，建立了白車身各響應多項式響應面近似模型，驗證了其精度；并建立了以白車身板厚為變量，模態(tài)頻率和彎扭剛度為約束，質量最小為目標函數(shù)的多學科優(yōu)化數(shù)模，運用多島遺傳算法進行優(yōu)化；并驗證和分析了優(yōu)化結果。優(yōu)化結果：白車身質量微增加了1.34％，但一階扭轉和彎曲頻率分別增加了2.74%、1.70%，彎曲剛度和扭轉剛度分別提高了11.71%、4.94%，輕量化系數(shù)降低了4.12%。
　　工程實例優(yōu)化表明：將多學科優(yōu)化用于BEV白車身結構設