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Hyper Mesh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。 【关键词】：纯电动汽车 动力电池箱总成 动力学建模 操纵稳定性 底盘动态刚度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 电动汽车发展及现状10-13
• 1.2.1 国外电动汽车发展现状10-12
• 1.2.2 国内电动汽车发展现状12-13
• 1.3 电动汽车底盘布置方案综述13-14
• 1.4 本文研究内容14-16
• 第2章 电动汽车底盘布置方案及电池箱结构设计16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 电动汽车整车性能要求及技术路线16-17
• 2.2.1 电动汽车性能要求16
• 2.2.2 技术方案16-17
• 2.3 车辆操纵稳定性影响因素分析17-19
• 2.3.1 改装电动汽车结构因素的改变17-18
• 2.3.2 结构因素对操纵稳定性影响分析初探18-19
• 2.4 底盘布置方案设计19-20
• 2.5 电池箱结构设计与初步分析20-27
• 2.5.1 电动汽车整车性能计算20-21
• 2.5.2 动力电池箱结构设计21-24
• 2.5.3 动力电池箱静态结构分析24-25
• 2.5.4 整车参数变化25-27
• 2.6 本章小结27-29
• 第3章 整车刚柔耦合仿真模型的建立29-48
• 3.1 引言29
• 3.2 ADAMS/Car及建模准备29-31
• 3.2.1 ADAMS/Car概述29-30
• 3.2.2 建模假设条件及参数的获取30-31
• 3.2.3 整车坐标系设置31
• 3.3 麦弗逊前悬架模型的建立31-36
• 3.3.1 麦弗逊前悬架拓扑结构分析31-32
• 3.3.2 前悬架虚拟仿真模型建立32-33
• 3.3.3 前悬架运动仿真及分析33-36
• 3.4 扭转梁后悬架刚柔耦合模型的建立36-41
• 3.4.1 扭转梁后悬架拓扑结构分析36
• 3.4.2 纵臂扭转梁有限元模型的建立36-39
• 3.4.3 刚柔耦合后悬架建模39-40
• 3.4.4 后悬架运动仿真及分析40-41
• 3.5 其他子系统动力学模型的建立41-46
• 3.5.1 转向系统模型建立41-43
• 3.5.2 横向稳定杆模型的建立43
• 3.5.3 轮胎模型的建立43-44
• 3.5.4 车身模型的建立44-45
• 3.5.5 动力电池箱模型的建立45
• 3.5.6 动力系统模型的建立45-46
• 3.6 整车仿真模型的建立46-47
• 3.6.1 传统燃油版整车模型46
• 3.6.2 电动版整车模型46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 操纵稳定性分析及电池箱位置优化48-63
• 4.1 引言48
• 4.2 改装前后整车操纵稳定性对比分析48-55
• 4.2.1 转向盘角阶跃试验对比分析48-49
• 4.2.2 转向盘角脉冲试验对比分析49-51
• 4.2.3 稳态回转试验对比分析51-53
• 4.2.4 蛇形试验对比分析53-55
• 4.3 电动汽车操纵稳定性影响因素分析55-59
• 4.3.1 质心高度的影响55-57
• 4.3.2 质心前后位置的影响57-58
• 4.3.3 载荷对操纵稳定性的影响58-59
• 4.4 基于操纵稳定性的电池箱布置优化59-62
• 4.4.1 电池箱布置空间范围确定59-60
• 4.4.2 优化设计及验证60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 底盘动态刚度分析及连接布置优化63-74
• 5.1 引言63
• 5.2 底盘有限元建模63-65
• 5.3 电池箱对底盘动态刚度影响分析65-68
• 5.4 连接点数量对底盘动态刚度的影响分析68-70
• 5.5 电池箱连接点位置优化70-72
• 5.6 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80

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