新能源汽车车体结构的概念构设开发

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1、新能源汽车车体结构的概念构设开发第一章绪论1.1论文研究背景当今汽车对于节能、环保和安全的需求日益增强。随着我国工业的发展及汽车保有量的日益上升，跨入二十一世纪，我国石油进口量已经占消耗量的32.5%，超过了国际上30%的安全警戒线[1]。石油资源危机日益凸显，新能源的开发和利用势在必行。基于这个现状，我国提出了发展清洁汽车、调整能源结构、减小环境污染、改善大气质量的政策，新能源汽车将成为汽车工业发展和能源结构转型的必然趋势。2011年发布的《国家十二五科学和技术发展规划》将新能源汽车产业技术列为未来五年科技部重点扶持的领域。规划期间，中国新能源汽车的发展将逐步向产业化阶

2、段迈进，5年内开始在全社会推广新能源汽车，包括电动城市客车、HEV轿车及小型电动车，进入产业化初期阶段；下一个五年规划期间将进一步普及多能源混合动力车以及PHEV轿车[2]。然而，目前新能源汽车的设计开发依旧存在很多技术难题，其中重要的一个问题就是电池能量质量比低导致了整车质量过大，从而增加了能量消耗，制约了新能源汽车的续航里程。新能源汽车相比于传统汽车对于轻量化的要求更为迫切，主要原因是单位比能量差异巨大，以电池为主的动力系统通常占整车总质量的30%-40%。另外，新能源汽车也不能像传统汽车那样靠一次性的燃油补充来支持长距离续航[3]。因此，新能源汽车必须在电气化的同时

3、采取比传统汽车轻量化更加先进的方法和措施，特别是通过新的设计整车设计理念下车身结构的新设计和轻量化。在现阶段电池技术无法取得大突破前提下，开展新能源车身结构设计的研究是新能源汽车发展的重要方向。1.2国内外研究现状目前新能源汽车在整车概念规划阶段就体现出与传统汽车的不同之处，小型化、轻量化是新能源汽车的发展趋势，多数面向日常代步的新能源汽车的整车尺寸更小巧，座位数较普通汽车更少，例如微型电动车的形式，如图1-1a）；有些新能源概念车甚至在整车布置设计上有着颠覆性的设计思维，比如采用前轴两轮后轴单轮的的驱动形式，如图1-1b）。一方面原因是在目前电池技术没有突破性发展的条件

4、下，使电动车微型化或者采用颠覆性的设计，有利于降低整车质量，增加续航里程；另一个原因是，通过尝试着用新的设计理念来改变未来汽车的形式，使得新能源汽车有着与传统汽车的不同的视觉识别，强调新能源汽车的新特点，也是厂商营销与推广设计理念的一种方式。新能源汽车在整车概念设计上的新特点，也将投影到其车身结构概念设计上。首先，更轻的整车质量和更小的整车尺寸必将要求更轻和更小的白车身结构；其次，电池包的重量将导致新能源汽车在整车质量载荷上与传统汽车有所区别，所以同级别的传统车型车身结构不具有参考性；再次，颠覆性的概念车则会导致其车身结构与传统汽车差异巨大，这都将对设计人员提出更高的要求

5、。在自身缺少开发数据知识积累、同类参考车型稀缺的情况下，设计人员必须在结合传统车身的设计方法的同时，更要研究特殊车型车身结构的根源性能需求，进行正向开发。第二章新能源汽车车身结构概念开发方法2.1现代主流车身结构开发流程上世纪60年代以来，随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助下的设计及制造技术在车身结构设计开发上得到了广泛的应用，包括虚拟设计、虚拟分析实验及虚拟制造[19]。随着基于数字技术的虚拟车身结构开发技术日益成熟，现代化的车身设计方法逐渐形成。一般来说整车开发可以分为产品策划、概念设计、技术设计、产品试制、产品试验和生产准备六个阶段。车身结构设计主要内容及流程属于

6、整车开发流程中的技术设计阶段。各大汽车企业都有自身的车身结构开发的流程，来实现质量控制盒产品管理。而在车身开发流程上各车企都大同小异，没有优劣之分，只有合适与否。车身结构开发的详细流程可以分为以下阶段。骡子车制造与验证。骡子车是在新产品开发初期用来进行前期研究的样车，不代表未来产品的外观，因此在汽车行业被称为骡子车，如图2-1。此阶段的主要工作包括对底盘及车架等结构进行可行性分析；对动力系统、悬架系统和控制系统等总成进行选型；对汽车的主要性能如安全性、空气动力性、耐久性、NVH和排放性等进行研究验证。不同项目中制造骡子车的目的不相同。2.2白车身的设计流程白车身设计开到是

7、车身开发的主要内容，基于白车身静刚度、模态性能指标，以质量最轻为目标的白车身结构设计流程主要分为两个阶段，即概念设计阶段和详细设计阶段，见图2-2。在概念设计阶段的主要任务是对车体的空间受力路径进行优化分析，得到最佳力传递路径，确定满足最佳轻量化的断面形状等，然后建立不包含结构细节的白车身结构概念模型。由总布置参数及性能目标确定结构包络空间，即车身设计空间，建立有限元模型，并以静刚度、模态指标、疲劳强度及质量作为约束或者目标，利用有限元工具进行车身结构拓扑优化，获得白车身的最佳空间力传递路径。断面形状决定断面的力学性能，影响白