電動汽車車隊的輕量化仿真分析框架

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電動汽車車隊的輕量化仿真分析框架

電動汽車取代傳統汽車是降低CO2排放的一項重要措施，尤其在政府和商用車隊中，其還能獲得較高的經濟效益。但電動汽車也具有一些不可忽視的缺點，如有限的電池容量使得其行駛范圍受限；充電時間較長、公用充電插頭有限也限制了其使用。目前，純電動汽車的行駛范圍已經能夠滿足90%消費者的需求，因此研究重點開始轉移到實現電動汽車的輕量化上，以進一步改善經濟性，降低CO2的排放。研究輕量化效果最有效的方式是進行現場運行試驗，但成本較高且耗時，而利用仿真的方法可以很好地解決該問題，本文將對一個電動汽車車隊的輕量化仿真分析框架進行介紹。

電動汽車輕量化的重點包括車身、底盤、電池、電機和相應的管理系統，重點是輕量化材料的應用。采用輕量化新材料時，需要注意新材料的結構設計、模具設計和相應的工藝制造技術。與使用金屬材料不同，在使用復合材料時需要先對其力學性能進行分析。對輕量化仿真分析框架中的輸入參數和優化方法進行了詳細介紹。其中，輸入參數包括整車結構、所選材料及其特性、行駛距離等，優化方法選擇拓撲優化方法。優化時，首先定義結構問題，即給出材料特性并選擇單元類型，生成相應的有限元模型；之后確定優化區域，即給出載荷、邊界條件和約束條件；最后確定目標函數，多為整車質量或某一系統或零部件質量。優化目標就是使目標函數在優化區域內得到最小值。利用該仿真分析框架對100輛電動汽車車隊進行了分析，分析內容包括完成特定任務時的CO2排放量、成本、能源需求及充電時間等，并將該結果與實際結果對比。結果發現，該仿真分析框架可以很好地對電動汽車車隊的輕量化進行仿真分析。

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

編譯：陳丁躍