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基于碰撞安全性能的某插电式混合动力汽车车体结构优化

吴晓东  
【摘要】:随着中国节能与新能源汽车发展规划的颁布实施,各汽车制造商正在积极推动新能源汽车的发展,逐步建立起相对成熟的整车开发体系。新能源汽车的碰撞安全性能除了要满足传统燃油车的碰撞要求外,还需要满足GB/T18384.1-2001《电动汽车安全要求》和GB/T 19751-2005《混合动力电动汽车安全要求》的要求。为了满足这些法规的某些要求,新能源汽车的车体结构、电池包结构应做相应的改进。本文主要以某插电式混合动力电动汽车(PHEV)为研究对象,主要工作如下:1)基于模块化建模的思想,采用实体焊点代替点焊的方法,建立50km/h正面碰撞整车模型,分析仿真结果的整车变形和碰撞后的B柱下端车体加速度,并与试验数据对比。分析正面碰撞的电池包应变结果,得到结论:满足法规要求。2)按照CNCAP(2018版)要求调试50km/h侧面碰撞仿真模型,用LS-DYNA完成计算。将侧面碰撞仿真结果与试验结果相比较,包括整车变形对比、碰撞侧车体加速度对比以及前门内板侵入量对比。同时分析了侧面碰撞过程中载荷的传递路径,可以看到侧面碰撞过程中,电池包承受了一部分的载荷,对于侧面碰撞车体的稳定性有一定的提升。对侧面碰撞过程中电池包的应变结果进行分析,发现存在破坏风险,需要对电池包结构进行优化。3)建立50km/h后面碰撞仿真模型,用LS-DYNA计算得到仿真结果。将仿真结果中的整车变形和车体加速度与试验结果对比,分析后碰过程中电池包的应变,得到结论:50km/h后面碰撞过程中,电池包不会有脱落和破坏风险。4)基于三大碰撞工况的分析,发现在50km/h侧面碰撞过程中,电池包存在破坏风险。运用实体各向同性惩罚函数法,以OptiStruct软件为平台,完成电池包结构的拓扑优化,得到加强筋的布置位置,基于轻量化的思想,结合试验设计方法、响应面模型、序列二次规划法完成新电池包结构的最优化设计,在满足性能要求的前提下,得到电池包厚度最优分配结构,并将优化好的电池包结构CAE模型装入整车进行碰撞仿真,验证优化方案的可行性。


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