電動汽車車架的多目標拓撲優化?尺寸優化?精細化設計

方 朝，趙尚義，嚴 格，秦國鋒

（1.柳州五菱汽車工業有限公司，廣西柳州 545027；2.廣西汽車集團有限公司博士后工作站，廣西柳州 545027；3.廣西師范大學職業技術師范學院，廣西桂林 541004）

1 引言

車架是汽車關鍵部件之一，是其它系統安裝的基礎，在汽車行駛過程中承受各種方向的載荷。客車、旅游觀光車等桁架式車架通常由矩形鋼管、圓鋼管、槽鋼、工字鋼等工業標準型材焊接或鉚接而成，具有著承載能力強、工藝簡單、成本低等優點，但車架自身質量大，占汽車總質量的（20～40）%［1?3］，根據有關資料顯示，當燃油汽車整車質量減少10%，燃油消耗將相應減少（6~8）%；電動汽車整車質量減少100kg，續航里程提升（6~11）%［2］，因此，車架輕量化設計對于節能減排具有重要意義。車架輕量化方法主要有采用輕質高強材料、先進加工制造技術、車架結構優化設計三種方法［4］。優化設計方法主要有拓撲優化、形狀優化、形貌優化和尺寸優化四種［5］，其中拓撲優化和尺寸優化分別為概念設計和詳細設計，在車架結構優化設計方面應用最為廣泛［6］。

目前，在對客車等桁架式車架進行優化時，通常采用梁單元或者殼單元車架有限元模型。在使用梁單元方面，文獻［7］提出了一種改進遺傳算法能夠對桁架式梁單元車架進行拓撲優化。文獻［8］針對多材料客車車架，提出一種基于梁單元的拓撲優化和截面尺寸優化方法。文獻［9］基于NSGA?Ⅱ算法采用梁單元對客車底架進行了拓撲優化。文獻［10］采用梁單元對車架進行了拓撲優化，然后分別對橫截面半徑和壁厚進行了尺寸優化。……