开题报告-电动汽车车架及电池箱轻量化设计

开题报告设 计 题 目 电动汽车车架及电池箱轻量化设计 学院名称 机械与汽车工程学院 专 业 （班 级） 姓 名 （学 号） 指 导 教 师 系（教研室）负责人 一：课题来源 对电动汽车车架及电池箱的轻量化设计是作为澳大利亚与江淮汽车的合作项目中的一部分。二：目的意义 就在国家高度重视环保和节能微排的今天，发展电动汽车，包括纯电动汽车和混合动力汽车已成为了汽车行业的热点。据统计，乘用车质量每减少10，油耗可降低68，同时排放可减少3一4。因此轻量化设计的开发也得到了越来越多的重视。然而无论是电动车车架还是电池箱体的轻量化设计都是一个完整的概念，绝非是没有技术含量的简单降低电动汽车重量，这是指在保持原有的性能要求，行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低，且本身造价不被大幅度提高的前提下，有目标地优化其结构，减轻自身的重量。电动汽车轻量化是在保证电动汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低电动汽车的整备质量，从而提高电动汽车的动力利用率，减少燃料消耗，降低排气污染。这是将设计、材料和先进的加工成形技术的优势集成。可见电动汽车车架以及电池箱的轻量化实际上是性能提高、重量降低、结构优化、价格合理四方面相结合的一个系统工程。我们都了解轻量化对于降低油耗、减少排放起着至关重要的作用，目前已经成为国内外电动汽车工业界的研究热点。车辆每减轻100公斤，二氧化碳排放可减少约5克/公里。可见电动汽车轻量化的节能环保效益觉不亚于汽车发动机技术节油技术。同时电动汽车进行轻量化设计直接提高电动汽车的比功率，使电动汽车的动力性能提高。具体体现在驾驶方面，电动汽车轻量化后其加速性能也将得到提高，而在碰撞时由于惯性小，制动距离也将减少。因此，电动汽车的轻量化技术是有效降低油耗、减少排放和提升安全性的重要技术措施之一。而作为电动汽车的重要组成部分的汽车车架和电池箱体，这两者的优化都将大程度的改善电动汽车的轻量化技术。三：国内外研究状况与发展趋势 当前，由于环保和节能的需要，电动汽车轻量化已成为世界电动汽车发展的潮流。车身轻量化以及电池箱箱体的轻量化设计是在保证性能的前提下完成的，而现在电动汽车的轻量化技术主要包括两方面，一是开发新型材料，二是改进既有结构。未来则会更注重采取材料轻量化与结构轻量化相结合的方式。德国蒂森克虏伯公司采用多相钢CP-W800材料，利用结构优化技术，综合考虑经济性及工艺性，设计出的SLC钢制副车架与其BENCHMARK目标(一款铝合金副车架)相比，轻量化程度、刚度和耐久性相当，但经济性提高了40。国内研究人员也开始利用有限元技术进行副车架结构优化方面的研究工作。目前为实施电动汽车轻量化已运用到的主要材料有碳纤维、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合材料和高强度钢等，主要用以改造和替代材料。 同时，车架的尺寸优化和形状优化技术已较为成熟。作为形状优化的高级形式，形貌优化与拓扑优化，其中拓扑优化将单元密度作为变量，而形貌优化将形状作为变量，综合各自方案的特点，确定合理的结构形式。经结构应力分析可知，这样的新结构的结构力学特性得到很好的改善，同时重量大幅减轻，达到了轻量化设计的要求。四：研究内容和拟解决的问题目前，新能源轿车主要是在现有车型的基础上开发出的，但开发出的燃料电池轿车结构明显过重，急需进行轻量化设计。电动车车架作为新能源电动汽车底盘的重要部件，承载着燃料电池轿车的电动机、变速器、电池堆重要部件等。由于先前设计偏于保守，造成质量过重，需对车架进行重新设计，降低其自身质量。目前，用手装载动力电池的结构大多采用笨重的箱式结构。为了提高车辆的燃油经济性，迫切需要对电池箱体结构进行优化以达到轻量化设计要求。而就电池箱而言，由于电动汽车基本上都选用锂离子电池作为动力源，但电池温度不容易控制。然而锂离子电池的工作能力受温度影响大，只有充放电在25时，单体电池循环寿命才可能达到1 5002 000次。因此，裸露放置将严重影响电池使用寿命，同时也存在安全隐患。针对目前市场上的需求，设计一种自动控制温度、防尘防水、防振、绝缘、拆卸方便的电池箱，是满足用户需求、保持电池最佳工作环境、使电池放电电流最大、持续放电时间延长和增加车辆续航里程的需要。在本次设计中，我就打算从轻质替换材料方面以及结构优化方面人手。首先分别就电动车车架进行应力分析有限元建模，针对不同工作情况，分析其结构的应力，以便优化其结构。再者，替换不同的轻质材料，包括碳纤维、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合材料和高强度钢等，综合考虑结构对材料的要求，材料的优势劣势性能，以及经济性，挑选出既具有相当出色的力学性能的，有经济合理的轻质材料。五：进度安排20XX.11.2520XX.12.15 确定设计题目20XX.12.1620XX.01.15 落实设计任务20XX.01.1620XX.02.20 完成外文翻译20XX.02.2120XX.03.05 完成资料查阅、开题报告20XX.03.0620XX.03.20 进行毕业实习，并完成方案论证20XX.03.2520XX.06.09 设计工作20XX.05.0320XX.05.08 进行中期检查和中期答辩20XX.06.1420XX.06.16 完成答辩前的准备工作20XX.06.1720XX.06.20 毕业答辩六：需要的主要仪器和设备资源等建模：SolidWorks软件，ANSYS软件等实验：对安装电机等主要结构后电动汽车车架以及电池正常工作中的电池箱体实验进行实际性能分析。七：主要参考文献1濮良贵.纪名刚.机械设计M.高等教育出版社，2006.2郑文纬.吴克坚.机械原理M.高等教育出版社，1982.3吴序堂.西安交通大学出版社M.电动汽车工程，2007.4江耕华.机械传动设计手册(下)M.北京：煤炭工业出版社，1983.5齿轮手册编委会.齿轮手册第2版（上册）M.北京：机械工业出版社，2000.6余志生.电动汽车理论M.北京：机械工业出版社，2010.7王望予.电动汽车设计M.北京：机械工业出版社，2009.8谭继锦，张代胜.电动汽车结构有限元分析M.北京：清华大学出版社，2009.9张宇，曹友强，洪贤军，张秋颖.电动轿车电池箱体轻量化研究J.现代制造工程.20XX(1): 38-41.10 Kulekci M K. Magnesium and its alloys applications in automotive industry J. Intl J Adv Manu Tech, 2008,39(9): 851-865.11Merklein M，Geiger M New materials and production technologies for innovative lightweight constructionsJ.Journal of Materials Processing Technology，2002(126) : 532-53612 张晓红，周锋，冯奇，何健。车用动力电池碳纤维箱体的设计研究J.上海汽车，20XX-09：60-6213Tamaki YResearch into achieving a lightweight vehicle body utilizing structure optimizing analysis aim for a lightweight and high and rigid vehicle bodyJJSAE Review，1999(20)：555-56114Schubert E，Klassen M，zemer I，et a1Light-weight structures produced by laser beam joining for future applications in automobile and aerospace industryJJournal of MaterialsProcessing Technology，2001(115)：2-815张立玲，黄 黎，叶子青，林 逸，赵红伟，马正东。轿车副车架轻量化技术研究及应用N塑性工程学报，2010-10：71-7516唐瑜亮。一种用于电动汽车的电池箱C中国客车学术年会论文集2010：152-15417王树英，郑松林，冯金芝，刘新田。燃料电池轿车前副车架轻量化设计J机械设计，2013-2：41-4418李波，王贵勇，申中立，雷基林。车架静强度分析J。科学技术与工程，2011-12：8638-864119桂良进，周长路，范子杰。某型载货车车架结构轻量化设计J。汽车工程，2003：403-40620葛伟，饶洪宇。某电动汽车副车架的性能分析J。重庆理工大学学报（自然科学），20XX-6：8-13指导教师评语：（建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等） 指导教师签名： 20 年 月 日5