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1、 開題報告 設 計 題 目 電動汽車車架及電池箱輕量化設計 學院名稱 機械與汽車工程學院 專 業(yè) （班 級） 姓 名 （學 號） 指 導 教 師

2、 系（教研室）負責人 一：課題來源 對電動汽車車架及電池箱的輕量化設計是作為澳大利亞與江淮汽車的合作項目中的一部分。 二：目的意義 就在國家高度重視環(huán)保和節(jié)能微排的今天，發(fā)展電動汽車，包括純電動汽車和混合動力汽車已成為了汽車行業(yè)的熱點。據(jù)統(tǒng)計，乘用車質(zhì)量每減少10％，油耗可降低6％～8％，同時排放可減少3％一4％。因此輕量化設計的開發(fā)也得到了越來越多的重視。 然而無論是電動車車架還是電池箱體的輕量化設計都是一個完整的

3、概念，絕非是沒有技術(shù)含量的簡單降低電動汽車重量，這是指在保持原有的性能要求，行駛安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性等性能不降低，且本身造價不被大幅度提高的前提下，有目標地優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，減輕自身的重量。電動汽車輕量化是在保證電動汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地降低電動汽車的整備質(zhì)量，從而提高電動汽車的動力利用率，減少燃料消耗，降低排氣污染。這是將設計、材料和先進的加工成形技術(shù)的優(yōu)勢集成?？梢婋妱悠囓嚰芤约半姵叵涞妮p量化實際上是性能提高、重量降低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、價格合理四方面相結(jié)合的一個系統(tǒng)工程。 我們都了解?輕量化對于降低油耗、減少排放起著至關(guān)重要的作用，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外電動汽車工業(yè)界的研究熱

4、點。車輛每減輕100公斤，二氧化碳排放可減少約5克/公里。可見電動汽車輕量化的節(jié)能環(huán)保效益覺不亞于汽車發(fā)動機技術(shù)節(jié)油技術(shù)。同時電動汽車進行輕量化設計直接提高電動汽車的比功率，使電動汽車的動力性能提高。具體體現(xiàn)在駕駛方面，電動汽車輕量化后其加速性能也將得到提高，而在碰撞時由于慣性小，制動距離也將減少。因此，電動汽車的輕量化技術(shù)是有效降低油耗、減少排放和提升安全性的重要技術(shù)措施之一。而作為電動汽車的重要組成部分的汽車車架和電池箱體，這兩者的優(yōu)化都將大程度的改善電動汽車的輕量化技術(shù)。 三：國內(nèi)外研究狀況與發(fā)展趨勢 當前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，電動汽車輕量化已成為世界電動汽車發(fā)展的潮流。車身輕量

5、化以及電池箱箱體的輕量化設計是在保證性能的前提下完成的，而現(xiàn)在電動汽車的輕量化技術(shù)主要包括兩方面，一是開發(fā)新型材料，二是改進既有結(jié)構(gòu)。未來則會更注重采取材料輕量化與結(jié)構(gòu)輕量化相結(jié)合的方式。 德國蒂森克虜伯公司采用多相鋼CP-W800材料，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，綜合考慮經(jīng)濟性及工藝性，設計出的SLC鋼制副車架與其BENCHMARK目標(一款鋁合金副車架)相比，輕量化程度、剛度和耐久性相當，但經(jīng)濟性提高了40％。國內(nèi)研究人員也開始利用有限元技術(shù)進行副車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的研究工作。 目前為實施電動汽車輕量化已運用到的主要材料有碳纖維、鋁合金、鎂合金、鈦合金、工程塑料、復合材料和高強度鋼等，主要用以改造

6、和替代材料。 同時，車架的尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化技術(shù)已較為成熟。作為形狀優(yōu)化的高級形式，形貌優(yōu)化與拓撲優(yōu)化，其中拓撲優(yōu)化將單元密度作為變量，而形貌優(yōu)化將形狀作為變量，綜合各自方案的特點，確定合理的結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)結(jié)構(gòu)應力分析可知，這樣的新結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)力學特性得到很好的改善，同時重量大幅減輕，達到了輕量化設計的要求。 四：研究內(nèi)容和擬解決的問題 目前，新能源轎車主要是在現(xiàn)有車型的基礎(chǔ)上開發(fā)出的，但開發(fā)出的燃料電池轎車結(jié)構(gòu)明顯過重，急需進行輕量化設計。電動車車架作為新能源電動汽車底盤的重要部件，承載著燃料電池轎車的電動機、變速器、電池堆重要部件等。由于先前設計偏于保守，造成質(zhì)量過重，需對車架進

7、行重新設計，降低其自身質(zhì)量。 目前，用手裝載動力電池的結(jié)構(gòu)大多采用笨重的箱式結(jié)構(gòu)。為了提高車輛的燃油經(jīng)濟性，迫切需要對電池箱體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以達到輕量化設計要求。 而就電池箱而言，由于電動汽車基本上都選用鋰離子電池作為動力源，但電池溫度不容易控制。然而鋰離子電池的工作能力受溫度影響大，只有充放電在25℃時，單體電池循環(huán)壽命才可能達到1 500～2 000次。因此，裸露放置將嚴重影響電池使用壽命，同時也存在安全隱患。針對目前市場上的需求，設計一種自動控制溫度、防塵防水、防振、絕緣、拆卸方便的電池箱，是滿足用戶需求、保持電池最佳工作環(huán)境、使電池放電電流最大、持續(xù)放電時間延長和增加車輛續(xù)航里程的需

8、要。 在本次設計中，我就打算從輕質(zhì)替換材料方面以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面人手。首先分別就電動車車架進行應力分析有限元建模，針對不同工作情況，分析其結(jié)構(gòu)的應力，以便優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。再者，替換不同的輕質(zhì)材料，包括碳纖維、鋁合金、鎂合金、鈦合金、工程塑料、復合材料和高強度鋼等，綜合考慮結(jié)構(gòu)對材料的要求，材料的優(yōu)勢劣勢性能，以及經(jīng)濟性，挑選出既具有相當出色的力學性能的，有經(jīng)濟合理的輕質(zhì)材料。 五：進度安排 20XX.11.25～20XX.12.15 確定設計題目 20XX.12.16～20XX.01.15 落實設計任務 20XX.01.16～20XX.02.20 完成外文翻譯 20XX

9、.02.21～20XX.03.05 完成資料查閱、開題報告 20XX.03.06～20XX.03.20 進行畢業(yè)實習，并完成方案論證 20XX.03.25～20XX.06.09 設計工作 20XX.05.03～20XX.05.08 進行中期檢查和中期答辯 20XX.06.14～20XX.06.16 完成答辯前的準備工作 20XX.06.17～20XX.06.20 畢業(yè)答辯 六：需要的主要儀器和設備資源等 建模：SolidWorks軟件，ANSYS軟件等 實驗：對安裝電機等主要結(jié)構(gòu)后電動汽車車架以及電池正常工作中的電池箱體實驗進行實際性能分析。

10、 七：主要參考文獻 [1]濮良貴.紀名剛.機械設計[M].高等教育出版社，2006. [2]鄭文緯.吳克堅.機械原理[M].高等教育出版社，1982. [3]吳序堂.西安交通大學出版社[M].電動汽車工程，2007. [4]江耕華.機械傳動設計手冊(下)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1983. [5]齒輪手冊編委會.齒輪手冊第2版（上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000. [6]余志生.電動汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010. [7]王望予.電動汽車設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009. [8]譚繼錦，張代勝.電動汽車結(jié)構(gòu)有限元分析[M].北京：清華大

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