開題報(bào)告-電動(dòng)汽車車架及電池箱輕量化設(shè)計(jì)

開題報(bào)告設(shè) 計(jì) 題 目 電動(dòng)汽車車架及電池箱輕量化設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè) （班 級(jí)） 姓 名 （學(xué) 號(hào)） 指 導(dǎo) 教 師 系（教研室）負(fù)責(zé)人 一：課題來源 對(duì)電動(dòng)汽車車架及電池箱的輕量化設(shè)計(jì)是作為澳大利亞與江淮汽車的合作項(xiàng)目中的一部分。二：目的意義 就在國(guó)家高度重視環(huán)保和節(jié)能微排的今天，發(fā)展電動(dòng)汽車，包括純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車已成為了汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，乘用車質(zhì)量每減少10，油耗可降低68，同時(shí)排放可減少3一4。因此輕量化設(shè)計(jì)的開發(fā)也得到了越來越多的重視。然而無論是電動(dòng)車車架還是電池箱體的輕量化設(shè)計(jì)都是一個(gè)完整的概念，絕非是沒有技術(shù)含量的簡(jiǎn)單降低電動(dòng)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(jià)不被大幅度提高的前提下，有目標(biāo)地優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，減輕自身的重量。電動(dòng)汽車輕量化是在保證電動(dòng)汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量，從而提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力利用率，減少燃料消耗，降低排氣污染。這是將設(shè)計(jì)、材料和先進(jìn)的加工成形技術(shù)的優(yōu)勢(shì)集成?？梢婋妱?dòng)汽車車架以及電池箱的輕量化實(shí)際上是性能提高、重量降低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、價(jià)格合理四方面相結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)工程。我們都了解 輕量化對(duì)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(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。車輛每減輕100公斤，二氧化碳排放可減少約5克/公里?？梢婋妱?dòng)汽車輕量化的節(jié)能環(huán)保效益覺不亞于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)節(jié)油技術(shù)。同時(shí)電動(dòng)汽車進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)直接提高電動(dòng)汽車的比功率，使電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能提高。具體體現(xiàn)在駕駛方面，電動(dòng)汽車輕量化后其加速性能也將得到提高，而在碰撞時(shí)由于慣性小，制動(dòng)距離也將減少。因此，電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車的輕量化技術(shù)。三：國(guó)內(nèi)外研究狀況與發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，電動(dòng)汽車輕量化已成為世界電動(dòng)汽車發(fā)展的潮流。車身輕量化以及電池箱箱體的輕量化設(shè)計(jì)是在保證性能的前提下完成的，而現(xiàn)在電動(dòng)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(jìn)既有結(jié)構(gòu)。未來則會(huì)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(guó)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(jì)性及工藝性，設(shè)計(jì)出的SLC鋼制副車架與其BENCHMARK目標(biāo)(一款鋁合金副車架)相比，輕量化程度、剛度和耐久性相當(dāng)，但經(jīng)濟(jì)性提高了40。國(guó)內(nèi)研究人員也開始利用有限元技術(shù)進(jìn)行副車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的研究工作。目前為實(shí)施電動(dòng)汽車輕量化已運(yùn)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(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼等，主要用以改造和替代材料。 同時(shí)，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(jí)形式，形貌優(yōu)化與拓?fù)鋬?yōu)化，其中拓?fù)鋬?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(diǎn)，確定合理的結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析可知，這樣的新結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性得到很好的改善，同時(shí)重量大幅減輕，達(dá)到了輕量化設(shè)計(jì)的要求。四：研究?jī)?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(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。電動(dòng)車車架作為新能源電動(dòng)汽車底盤的重要部件，承載著燃料電池轎車的電動(dòng)機(jī)、變速器、電池堆重要部件等。由于先前設(shè)計(jì)偏于保守，造成質(zhì)量過重，需對(duì)車架進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，降低其自身質(zhì)量。目前，用手裝載動(dòng)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(jì)性，迫切需要對(duì)電池箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)要求。而就電池箱而言，由于電動(dòng)汽車基本上都選用鋰離子電池作為動(dòng)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(shí)，單體電池循環(huán)壽命才可能達(dá)到1 5002 000次。因此，裸露放置將嚴(yán)重影響電池使用壽命，同時(shí)也存在安全隱患。針對(duì)目前市場(chǎng)上的需求，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)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(shí)間延長(zhǎng)和增加車輛續(xù)航里程的需要。在本次設(shè)計(jì)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(dòng)車車架進(jìn)行應(yīng)力分析有限元建模，針對(duì)不同工作情況，分析其結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼等，綜合考慮結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求，材料的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)性能，以及經(jīng)濟(jì)性，挑選出既具有相當(dāng)出色的力學(xué)性能的，有經(jīng)濟(jì)合理的輕質(zhì)材料。五：進(jìn)度安排20XX.11.2520XX.12.15 確定設(shè)計(jì)題目20XX.12.1620XX.01.15 落實(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)20XX.01.1620XX.02.20 完成外文翻譯20XX.02.2120XX.03.05 完成資料查閱、開題報(bào)告20XX.03.0620XX.03.20 進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，并完成方案論證20XX.03.2520XX.06.09 設(shè)計(jì)工作20XX.05.0320XX.05.08 進(jìn)行中期檢查和中期答辯20XX.06.1420XX.06.16 完成答辯前的準(zhǔn)備工作20XX.06.1720XX.06.20 畢業(yè)答辯六：需要的主要儀器和設(shè)備資源等建模：SolidWorks軟件，ANSYS軟件等實(shí)驗(yàn)：對(duì)安裝電機(jī)等主要結(jié)構(gòu)后電動(dòng)汽車車架以及電池正常工作中的電池箱體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際性能分析。七：主要參考文獻(xiàn)1濮良貴.紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.高等教育出版社，2006.2鄭文緯.吳克堅(jiān).機(jī)械原理M.高等教育出版社，1982.3吳序堂.西安交通大學(xué)出版社M.電動(dòng)汽車工程，2007.4江耕華.機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)(下)M.北京：煤炭工業(yè)出版社，1983.5齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)第2版（上冊(cè)）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6余志生.電動(dòng)汽車?yán)碚揗.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.7王望予.電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8譚繼錦，張代勝.電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)有限元分析M.北京：清華大學(xué)出版社，2009.9張宇，曹友強(qiáng)，洪賢軍，張秋穎.電動(dòng)轎車電池箱體輕量化研究J.現(xiàn)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 張曉紅，周鋒，馮奇，何健。車用動(dòng)力電池碳纖維箱體的設(shè)計(jì)研究J.上海汽車，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張立玲，黃 黎，葉子青，林 逸，趙紅偉，馬正東。轎車副車架輕量化技術(shù)研究及應(yīng)用N塑性工程學(xué)報(bào)，2010-10：71-7516唐瑜亮。一種用于電動(dòng)汽車的電池箱C中國(guó)客車學(xué)術(shù)年會(huì)論文集2010：152-15417王樹英，鄭松林，馮金芝，劉新田。燃料電池轎車前副車架輕量化設(shè)計(jì)J機(jī)械設(shè)計(jì)，2013-2：41-4418李波，王貴勇，申中立，雷基林。車架靜強(qiáng)度分析J。科學(xué)技術(shù)與工程，2011-12：8638-864119桂良進(jìn)，周長(zhǎng)路，范子杰。某型載貨車車架結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)J。汽車工程，2003：403-40620葛偉，饒洪宇。某電動(dòng)汽車副車架的性能分析J。重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），20XX-6：8-13指導(dǎo)教師評(píng)語：（建議填寫內(nèi)容：對(duì)學(xué)生提出的方案給出評(píng)語，明確是否同意開題，提出學(xué)生完成上述任務(wù)的建議、注意事項(xiàng)等） 指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日5