电动汽车车队的轻量化仿真分析框架



电动汽车车队的轻量化仿真分析框架

电动汽车取代传统汽车是降低CO2排放的一项重要措施，尤其在政府和商用车队中，其还能获得较高的经济效益。但电动汽车也具有一些不可忽视的缺点，如有限的电池容量使得其行驶范围受限；充电时间较长、公用充电插头有限也限制了其使用。目前，纯电动汽车的行驶范围已经能够满足90%消费者的需求，因此研究重点开始转移到实现电动汽车的轻量化上，以进一步改善经济性，降低CO2的排放。研究轻量化效果最有效的方式是进行现场运行试验，但成本较高且耗时，而利用仿真的方法可以很好地解决该问题，本文将对一个电动汽车车队的轻量化仿真分析框架进行介绍。

电动汽车轻量化的重点包括车身、底盘、电池、电机和相应的管理系统，重点是轻量化材料的应用。采用轻量化新材料时，需要注意新材料的结构设计、模具设计和相应的工艺制造技术。与使用金属材料不同，在使用复合材料时需要先对其力学性能进行分析。对轻量化仿真分析框架中的输入参数和优化方法进行了详细介绍。其中，输入参数包括整车结构、所选材料及其特性、行驶距离等，优化方法选择拓扑优化方法。优化时，首先定义结构问题，即给出材料特性并选择单元类型，生成相应的有限元模型；之后确定优化区域，即给出载荷、边界条件和约束条件；最后确定目标函数，多为整车质量或某一系统或零部件质量。优化目标就是使目标函数在优化区域内得到最小值。利用该仿真分析框架对100辆电动汽车车队进行了分析，分析内容包括完成特定任务时的CO2排放量、成本、能源需求及充电时间等，并将该结果与实际结果对比。结果发现，该仿真分析框架可以很好地对电动汽车车队的轻量化进行仿真分析。

Rudiger Berndt et al. 2015 IEEE 81st Vehicular Technology Conference，Glasgow-May 11-14，2015.

编译：陈丁跃