4 中国轻工业联合会科学技术奖申报书

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1、4、中国轻工业联合会科学技术奖申报书（2011年度）一、项目基本情况专业评审组：　　　　　　　　　　　序号：　　　　　　编号：奖　类□　技术发明奖申报奖励等级□技术进步奖□工人创新类　　□技术开发类□成果推广应用类□重大工程类　　□社会公益类项目名称中文电动自行车结构动态设计理论方法的研究英文主要完成人主要完成单位申报单位（盖章）项目名称可否公布密　级定密日期保密期限(年)定密审查机构主题词学科分类名　称1代码2代码3代码所　属行　业01　02　03　04　05　06　07　08　09　10　11　12　13　14　15　16　17　18　19　20　21　22　23　24　25　26　27　

2、28　29　30　31　32　33　34　35　36　37　38　39　40　41　42　43　44　其它项目任务来源A　A1　A2　A3　A4　　B　C　D　D1　D2　　E　F　G　H　I具体计划(基金)名称和编号天津市应用基础研究计划重点项目：《电动自行车结构动态设计理论方法的研究》合同编号:07JCZDJC09200项目起止时间起止：　　　　　年　　月　　日完成：　　　　　年　　月　　日申报单位联系人E-mail:邮　　编通信地址联系电话移动电话注：填表此申报书前，请务必阅读《申报书填写说明》中国轻工业联合会科技办公室制1二、项目简介项目所属科学技术领域、技术内容、技术经济指标、应用推

3、广及效益情况等：我国电动自行车的年产量从1998年的5.86万辆，发展到2009年的2369万辆，占世界总产量的90%以上。目前电动自行车全国保有量已经接近1.4亿辆。但在电动自行车行业取得巨大发展的同时，也逐渐显露出一系列质量问题。在2006、2008年国家、地方等质量检测机构对电动自行车产品进行的几次抽查结果表明，产品抽样合格率在70-90%。问题包括主要结构部件振动性能测试不合格、把立管静负荷较小，整车质量超重，最高速度超标。另外，由于车架、前叉断裂造成人身伤害的事件时有发生。针对电动自行车目前存在的问题，本项目采用ANSYS软件建立了包含运动副的全悬架电动自行车的整车结构的动态性能分析

4、模型；建立了基于标准路谱的随机和梯形路面冲击的人-车-路环境下的刚柔耦合动力学仿真模型；在此基础上基于密度法利用HyperWorks软件进行了主要构件的结构拓扑优化及整车车架的尺寸优化，设计出新的电动自行车新车架，使整车动态性能得到改善。采用多刚体理论建立了电动自行车正面碰撞形态建模并仿真，用以研究电动自行车车架的碰撞特性及骑手的动力学行为特性和保护。具体技术方案为：1.利用有限元法建立了电动自行车整车主要构件及整机的有限元模型，对整车结构进行了有限元静力学分析，对主要构件进行了结构材料的壁厚对模态频率的灵敏度分析及整车的谐响应分析与壁厚的静力学优化分析；其关键技术为运动副的建立。2.建立了多

5、自由度的整机动力学分析模型及采用人体模型的整机刚体及刚柔耦合模型；建立了基于标准路谱的随机激励路面输入模型和模拟路障的路面模型，并进行了动力学性能分析与优化比较；其关键技术为人—车—路模型的构建方法。3.通过动力学分析数据，建立了主要结构件的拓扑优化模型。根据拓扑优化模型加工制造的主要结构件，动态性能得到了提高。通过对整车车架的尺寸优化，获得了轻量化的车架结构。其关键技术为结构拓扑优化模型的建立及动力学数据的融合。采用该理论与方法所研制样机的主要结构部件的振动性能指标达到15万次以上。较现有国标的7万次提高约100%。将该研究成果应用于天津大奥电动技术开发有限公司电动自行车结构的优化和改造，使

6、因车体结构不合理引起的电动自行车不合格率大幅度的降低至5%以下。目前该理论与方法已应用到多个电动自行车生产企业，并取得了良好的效果。本课题还建立了电动自行车与障碍正面碰撞的模型，分析了电动自行车速度与头部与地面碰撞点的关系及对人体的损伤研究。通过该碰撞研究，为电动自行车国家标准"最高车速"的确定，提供理论支持。14三、主要技术创新点（技术发明类项目填写主要技术发明点）1.建立有限元模型进行静、动力学分析是机械零件常用的方法。目前市场上的电动自行车多有减振系统，而减振系统中包含运动副。因此运动副的建立是电动自行车有限元模型的关键，在本项目中，电动自行车的有限元模型包含转动副和移动副，其技术环节是

7、通过建立各构件运动副结合处的刚性区并释放相关自由度，再将运动副连接的两构件进行相关节点耦合，实现构建之间的相对运动。在此基础上就可以对电动自行车整车车架进行静、动力学分析及优化。这部分发表论文《电动自行车减震车架动态特性研究》。2.良好的动态性能能提高机械系统的产品质量及使用寿命。本项目为提高电动自行车的动态性能，对电动自行车车架主要构件及整车进行了车架的模态频率和振型分析；并根据主要构件的结构特