摘 要

在全球环境越来越恶劣的背景下，电动汽车被重视而且使用越来越广泛，而车架是汽车的重要部件，其性能直接影响电动车的行使特性，本文选取低速行驶的电动巡逻车车架为研究对象，展开设计研究。

首先对所选电动车车型进行动力匹配计算，借助ADVISOR2002软件建立相应模型，对动力匹配结果进行仿真验证。根据动力匹配的结果，以及电机和电池组等的布置选择，确定这些部件对车架的压力大小和方向，并运用三维建模软件UG设计电动车车架。然后，将三维模型导入有限元软件ANSYS，对车架进行静态分析，分析车架在静态、弯曲和扭转工况下的应力和变形情况。根据分析的结果，对车架结构进行拓扑优化，并对相应的结构进行改进，旨在减小应力和变形。再分析验证优化结果。最后得到有较好承载性能的电动车车架。

关键词：电动车车架；强度分析；三维建模；有限元分析；优化

Abstract

With the increasingly worse environment, electric vehicles (EVs) receive more attention and are used more widely. The chassis is a very important part of a vehicle, whose performances have a directly influence on the whole vehicle. In this thesis, the chassis of an electric cruiser which usually goes under a low speed is fully investigated.

Firstly, the kinetic parameters of the chosen electric vehicle are calculated, the EV with proper motors and batteries is matched and simulated by through ADVISOR2002. According to the results of power matching, as well as the selection of motor and battery pack, I can determine the pressure and size of these components on the chassis, and use the three-dimensional modeling software UG to design electric car chassis. Then, the 3D model is introduced into the finite element software ANSYS, and the chassis is analyzed in static structural module to analyze the stress and deformation of the chassis under static, bending and twisting conditions. According to the results of the analysis, the topology optimization of the chassis’s structure is implemented, and the corresponding structure is improved. The aim of the improvement is to reduce the stress and deformation. After that, the optimization results are analyzed and verified, and finally an electric car chassis with a better carrying capacity is obtained.

Key Words: chassis of EV; 3D modeling; finite element analysis; optimization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 电动车国内外发展现状 1

1.2.2车架国内外发展和研究 2

1.3 课题研究内容 2

1.3.1 基本过程 3

1.3.2 技术方案及软件介绍 4

第2章 动力匹配 5

2.1 车型及其相关参数 5

2.2 驱动电机基本参数的确定 6

2.2.1 最大转矩的确定 6

2.2.2 驱动电机转速的确定 7

2.2.3 驱动电机的额定功率 7

2.2.4 驱动电机基本参数 8

2.3 电池组的选配 8

2.4 动力匹配仿真验证 9

2.4.1 ADVISOR2002建立电动车模型 10

2.4.2 匹配验证 11

2.5 本章小结 12

第3章 车架设计 13

3.1 车架设计要求 13

3.2 空间分配和布置 13

3.3 车架模型的建立 15

3.4 本章小结 16

第4章 车架有限元分析 17

4.1 车架有限元模型 17

4.2车架有限元分析 19

4.2.1试分析 20

4.2.2拓扑优化 24

4.2.3细化分析并改进 27

4.3 分析汇总 31

4.4 本章小结 33

第5章 结论 34

5.1 成果 34

5.2 展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

在全球环境问题日益严重，石油等能源储量越来越少，金融危机等情况下，新能源、清洁能源需求量愈来愈大，这也引发了许多国家的思考，对于世界未来的发展模式和方向逐渐也有了新的认识。使用清洁能源可以实现零排放，减少对环境的污染。随着科技的发展，清洁能源的成本会逐渐降低，这也有利于经济的发展。然而这不仅仅需要科学家们努力研究，去开发新能源，还需要国家的政策扶持，人民从内心去接受等等。如今，以电动汽车为代表使用清洁能源的产品，展现了电力驱动的优势^[1]，零排放、噪音低、乘坐舒适度高。电动汽车高速发展的同时，也带动了相关科技的发展，比如电控技术，电池管理系统等等^[2]。

电动汽车的车架对于电动车发展十分重要。车架是纯电动车十分重要的部件，承载电动车各大总成部件，比如电池组、电机和车身等等，还承受了各种工况载荷时路面对汽车的作用力和力矩，而且在行使过程中，承受的载荷会使车架变形，会改变安装在汽车上各个零部件之间的相对位置，这最终会影响汽车的正常行使。如果变形过大，行驶平顺性、操纵稳定性变差，所以车架应该具有足够的强度和刚度。为了能让车架满足现在电动车发展的要求，使其承载能力提高，从而提升汽车的整体性能，需要对车架进行合理的设计和必要的验证分析，运用合适的优化手段改进车架结构。这一直都是车架设计的焦点话题，也是亟需解决的技术难点。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电动车国内外发展现状

我国电动车起步较晚，但是发展十分迅猛，已经成为世界上电动车生产大国， 销量全球第一。这有赖于国家的政策扶持和高度重视。国务院办公厅印发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，要求快速推进电动车充电基础设施建设工作，对充电基础设施提出了较高的要求，并希望能在2020年能基本完成。在全国节能与新能源汽车产业发展推进工作座谈会上，李克强总理做出重要批示。批示主要指出，要想促进汽车产业升级、抢占国际竞争制高点，必须要加快发展节能与新能源汽车，同时这也是推进绿色发展、培育新的经济增长十分重要的举措。各地方也针对电动汽车出台了地方政策，如深圳市取消电动汽车限购，对符合申请条件并通过资格审查的，直接发放电动汽车增量指标，不再实行摇号制；上海市对个人购买新能源汽车提供政府补贴；贵州省对新能源汽车实行不限行，免征购车税并补贴的政策等^[3]。

反观国外，美日德等国家在电动车方面做的非常好。以美国为例，有着很坚实的汽车工业基础，虽然也有部分做的欠佳^[4],但是扶持政策补贴政策相对完善，比如2006年颁布实施的《美国复兴和再投资法案》、《美国清洁能源与安全法案》极大推动了电动车的发展，2008年奥巴马上台后，对电动车行业给予了很高的重视，2012年奥巴马实施了“电动车无处不在”计划，2016年美国也宣布推动了很多计划，协同了46个利益相关方签署“推动电动汽车和充电基础设施指导原则”，这对美国电动车行业提高很大^[5]。